化工仪表及自动化.ppt

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1、测量仪表与自动化,生产过程自动化基本概念,在生产过程中，利用自动化仪表装置来检测、显示、控制生产过程中的重要工艺参数，自动地维持生产过程的正常进行，当工艺参数受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，能自动地调回到规定的参数范围内。,生产过程自动化系统分为以下几类：,自动检测系统、自动信号联锁保护系统、自动操作系统、自动调节系统,自动控制方框图：,绪 论,自动化仪表的分类：1、按仪表工作所需能源分：气动：能源为压缩空气0.14MPa，信号范围0.020.1MPa 电动：能源为220VAC或24VDC，信号范围010或420mA 液动：液压系统直接提供工作能源2、按系统组成结构分：基地式仪表、单元组合

2、式仪表、组件组装式仪表、分散型综合控制系统（当前主力）3、按防爆能力分：普通型、隔爆型、本质安全型,第一章 概 述,第一篇 过程测量仪表,一、测量过程用一个已知量(单位)与被测量相比较,收集信息的过程A=g*Ux,二、测量方法1、根据测量方式分:直接测量-测量直接得到结果.间接测量-不能直接得到结果,须经一定运算2、根据接触方式分：接触式测量、非接触式测量3、根据平衡方式分：平衡式(指零式)、非平衡式(偏差式),三、测量仪表开环结构：被测参数检测/变换传递放大显示/变送闭环结构：增加反馈环节，提高仪表稳定性、测量精度,四、测量误差误差=测量值-真实值 真实值：用标准值、理论值代替误差分类：系统

3、误差、随机误差、疏忽误差,五、仪表性能指标:误差及误差计算.1、绝对误差 xx x：测量值x：真实值2、相对误差 r=(xx)/x*100%3、引用误差 amax/L*100%4、回差（变差）（x上x下）L*1005、精度及精度等级 仪表出厂或检验时：要求满足q允=qmax、q允=h6、灵敏度、灵敏限及分辨率（力）,重点：压力、表示方法，弹簧管压力表的结构及原理、选用、安装和校验，电容式差压变送器和智能式差压变送器的简单原理，变送器输出值的计算。,第二章 压力测量及变送,1、压力(压强)P=F/A2、压力表示方法表压=绝对压力-大气压 真空度=大气压-绝对压力,一、弹性式压力计1、弹性元件通过

4、测量弹性元件受压后所产生的弹性变形来测量压力。常用弹性元件：膜片、膜盒、波纹管、弹簧管,2、弹簧管压力计（1）弹簧管：将压力转换为角位移信号。（2）齿轮、杠杆传动机构：传递、两级放大（量程调整）（3）游丝：克服齿轮间的间隙,减少变差（4）指针及表盘：指示,二、压力传感器与变送器传感器:能将被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置或器件。变送器:将各种参数转换为统一信号输出的仪表或功能单元。电容式压力（差压）变送器构成原理：基于负反馈原理，由三大部分组成：,变送器信号和连接方式：信号：统一信号420mA连接：两线制,变送器输出值的计算 输出(出或P出)=（被测参数值-变送

5、器测量下限）/变送器量程输出量程信号起始值,三、压力仪表选用、安装与校验1、压力表的选用型号：考虑介质情况量程：压力平稳：P量=P测*1.5；波动范围大P量=P测*.0 下限选取:测量值大于1/3的量程。精度：求引用误差，靠精度等级(往高精度靠),2、安装 测管道静压应避开压力扰动处、保证测量管路内为单相流体。测高粘度、腐蚀性、易结晶介质时应加隔离罐，灌隔离液。,3、校验校验是被校仪表与标准仪表在相同条件下的比较过程。标准表：要求a标准表=1/3a被校表，标准表的量程比被校表量程大一档。,第三章 物位测量及变送,重点：物位概念，恒浮力式、变浮力式物位计的结构、原理及适用场合，差压式物位计的原理

6、及在实际使用中应注意的问题：迁移。,物位：液位、界面、料位一、恒浮力式浮球式、浮标式、自动跟踪式二、变浮力式浮筒（沉筒）式，量程决定于沉筒的长度，只能测量轻、净介质，当所测介质密度变化时，必须进行密度修正。,三、差压式液位计 P=gh 1、敞口容器液位测量2.密闭容器.当液位最低时，P=P+-P-=0 无迁移 0 正迁移法兰式差压式液位计：主要用于腐蚀性或含悬浮颗粒、粘度大、易凝等介质的测量。法兰式液位计的迁移量与变送器安装高度无关，一般需进行负移迁。,四、其它物位计电容式物位计：采用圆筒形电容器原理，通过测量液位变化而引起的电容变化来测液位。核辐射物位计：射线强度按指数规律衰减超声波物位计：

7、设超声探头至物位的垂直距离为H，由发射到接收所经历的时间为t，超声波在介质中传播的速度为V，则存在如下关系：,第四章 流量测量及变送,重点：流量的表示方法、单位，各种流量仪表的原理、结构、特点和实际适用场合，标准节流装置，转子流量计的刻度修正。,流量:流经某一截面流体的数量：瞬时流量、累积流量 体积流量 qv=V*S 质量流量 qm=qv*,流量仪表分类:速度式：差压式、转子式、靶式、电磁式、涡轮式、涡街式 容积式：罗茨、椭圆齿轮、刮板、双转子 质量式：直接(热式、振动式)间接,1、差压式流量计：基于流体节流原理,利用节流装置前后的压差测流量。组成:节流装置(节流体,前后取压管)作用:将VP

8、三阀组及引压管:引压 差压计(差压变送器):P信号输出实用流量公式：单位：Q：m3/h d：mm：Kg/m3 P：Pa流量与差压的平方根成正比标准节流装置：标准节流元件、取压装置标准节流元件：孔板、喷嘴、文丘里管等取压装置：角接取压、法兰取压、径距取压特点：标准化、数据充分；精度低、系统复杂、维护量大、压力损失大,2、容积式流量计 利用标准体积连续计量流体体积 有椭圆齿轮式、罗茨（腰轮）式、刮板式、双转子式 主要误差：泄漏量 特点:精度高0.2%、对介质要求不含气体不含杂质、适用于高粘度介质、压力损失较大,3、转子流量计通过改变流体流通面积的方法测流量。结构：锥形管（玻璃、金属）、转子（非金属

9、、金属材料）流量公式：刻度修正：液体介质 气体介质,4、电磁流量计利用电磁感应定律实现导电流体流速测量，测量电势为E=CBDV 特点：流量计管内无阻力件、压损小、可测量含有颗粒及悬浮物的流体、测量范围宽、测量反应速度快、可测量脉动流体。5、弯管流量计利用流体流动的离心力作用产生差压：qv=k P1/2 特点:阻力损失极小、对介质要求低、精度较低，须单独标定6、质量流量计 直接式：气体：热式质量流量计、液体：Coriolis原理 间接式：差压流量计与密度计组合式、体积流量计与密度计组合式、差压流量计与体积流量计组合式、温度压力补偿式质量流量计。,第五章 温度测量与变送,重点：温度测量的基本原理，

10、热电偶温度计测量原理、常用热电偶（分度号）、热电偶冷端温度处理的原理和方法，热电阻温度计原理、常用热电阻，接触式测温元件和连接导线的安装。,1、测温基本原理(1)接触式温度计：利用热交换和某种物体物理特性来测量(2)非接触式温度计：高温辐射、光学、红外等.2、温标：摄氏温标，热力学温标开(尔文)K,3、膨胀式温度计：液体、气体、固体膨胀式。固体：双金属温度计,4、热 电 偶 温 度 计：组成：热电偶、补偿导线、显示仪表原理：热电效应（热电势），热电势包括温差和接触电势。定律：第三导体定律、中间温度定律分度号及分度表：热电偶型号，非线性特性冷端温度处理：实现单值对应关系、减少误差 方法：补偿导线

11、（延伸冷端）、冰浴法、冷端温度修正法、补偿电桥法。,5、热 电 阻 温 度 计组成：热电阻、导线、显示仪表原理：利用金属导体或半导体电阻的阻值与温度呈一定的函数关系的特性。常用热电阻：铂电阻:分度号Pt10、Pt100，测温范围：-200-850 铜电阻:分度号Cu50、Cu100，测温范围:-50-150,6、接触式测温元件安装:正确选择测温点、合理确定插入深度、安装应保证安全可靠、连接导线安装,第六章 显 示 仪 表,本章重点：显示仪表的分类，色带指示仪的原理，自动电位差计的测量原理、测量桥路，自动平衡电桥的原理，数字式显示仪表和微机化显示仪表的原理。显示仪表用于显示,记录,报警的仪表 显

12、示仪表有:模拟式,数字式和图像显示三种。,1、自动电位差计：用于测量电压信号并显示，如热电偶原理：平衡法实现：用放大器比较已知电势与未知电势差值，将差值经放大器放大后驱动可逆电机,可逆电机经传动机构调节触点C的位置。测量桥路：实现冷端温度补偿 2、自动平衡电桥：用于测量电阻信号并显示，如热电阻原理：桥路平衡连接：三线制连接3、数字显示仪表、智能显示仪表原理：模拟信号转换成数字信号，用数字形式显示参数实现：纯数字电路方式、带单片机方式（智能）,第二篇 过 程 控 制 仪 表,过程控制仪表：变送器、调节器、执行器和多种辅助仪表：电/气、气/电转换器，安全栅等。计算机控制系统得到广泛的应用，利用各种

13、测量仪表和执行器与计算机一起构成集散型控制系统（DCS:distributed control system），甚至将全厂联成一个整体的计算机集成制造系统（CIMS:computer integrated manufacturing system）。,第八章 调 节 规 律,本章重点：调节规律概念，PID调节规律的原理和特点。,第一节 比例调节规律第二节 积分和比例积分调节规律第三节 微分和比例微分调节规律第四节 比例积分微分调节规律,调节器在系统中的作用：当没有干扰时，PV=SV，DV=0，调节器保持操作值（MV）不变（控制点），保持执行器位置不变；当有干扰时PV不等于SV，DV不等于0，调

14、节器输出值MV在控制点的基础上发生变化，MV就是用于克服干扰的影响。,自动调节系统的作用是始终保持被调参数稳定在工艺要求值（给定值SV）上。被调参数的实测值称为测量值（PV），由于一个系统总是受到各种各样内在或外在的干扰作用，总是会打破系统已建立起来的稳定（或称平衡）。干扰作用在被调对象上，使得被调参数值偏离给定值，即PV偏离SV，因此二者之间有差值PV-SV称为偏差DV（DV=PV-SV）。,最基本的调节规律有四种：位式调节，比例调节 P，积分调节 I，微分调节 D。组合后的常用调节规律有四种：P、PI、PD、PID。,调节器输出值的变化量MV与输入值DV之间存在着一定的函数关系MV=f（D

15、V），这个函数关系决定了调节器接受了偏差信号之后，输出信号变化的规律，这个规律就是调节规律。调节器正反作用：正作用：如果DV0,MV 0 反作用：如果DV0,MV 0,第一节 比例调节规律,一、比例调节规律及其特点 调节器输出与输入信号（偏差）成比例的调节规律。具有比例调节规律的调节器称比例调节器。调节器输出变化值：MV=KPDV KP表示调节器的比例作用，比例系数，是可调的。,比例调节器实际上是放大倍数可调的放大器，KP可大于1，也可小于1，KP越大，输出变化越大，调节作用越强。液位比例调节系统:液位升高，浮球上升，带动杠杆关小调节阀，反之亦然，,二、比例度及其对调节过程的影响 比例度就是指

16、调节器输入的相对变化量与输出相对变化量之比的百分数。PB=(DV/PVmax-PVmin)/(MV/MVmax-MVmin)*100%=1/KP*(MVmax-MVmin)/(PVmax-PVmin)*100%对单元组合式调节器，调节器输入输出信号均为统一信号，则 PB=1/KP*100%PB可调范围：5%250%,比例度对调节过程的影响 PB小，调节作用强，过程波动大，不易稳定，出现等幅或发散振荡，（KP很大，稍有偏差，输出很大，不易稳定）。PB适当时，最大偏差和差均不大 PB太大时,KP太小，作用弱，调节过程缓慢,比例作用特点：(1)、比例调节作用及时，作用强（2）、有余差，即调节精度不高

17、，只能用于干扰较小（负荷变动不大）以及允许有余差的对象。对于工艺要求高，不允许有余差的情况，不能单独用比例调节，而应该加上积分调节作用。,第二节 积分和比例积分调节规律,一、积分调节规律及其特点 积分就是随时间进行累积。积分调节是指对偏差DV的积分作用 MV=1/TI TI称为积分时间；1/TI称为积分速度 积分作用取决于偏差的存在与否，只要偏差存在，即使很小，只要存在时间足够长，调节器输出也是很大的，偏差为0时输出停止变化，由此积分作用能消除余差，偏差越大，输出变化越快。积分作用示意图：,积分时间TI表示积分作用的大小.TI减小，则积分作用增大。积分作用的特点：1、输出变化量与偏差的积分成正

18、比 2、可消除余差：只要DV存在，MV就随时间增加，直至DV=0为止.3、调节作用较比例调节慢，所以积分作用不单独使用，而与比例作用合在一起。,二、比例积分调节规律（PI）特性可用下式表示：调节器输出既具有调节及时，克服偏差有力的特点，又具有能克服余差的性能。,MV=KP（DV1/TI*）,三、积分时间及其对过渡过程的影响 输入一阶跃偏差DV后，当PI调节器积分部分输出与比例部分输出相等时，所需的时间为积分时间TI。,TI大小可改变，TI的改变对调节过程的影响:TI太小，积分作用太强，过程振荡，不稳 TI太大，积分作用太弱，余差消除得很慢。积分作用会加强系统的振荡，对于滞后大的对象更为明显。采

19、用PI调节时，PB比纯比例调节时稍大一些（1.2倍），以保证系统的稳定性。,第三节 微分和比例微分调节,按偏差的变化速度来产生调节作用，“超前”克服预计的偏差，采取过量调节方法。它能较有效地改善过渡滞后较大的调节对象的调节质量。一、理想微分调节 MV=TD dDV/dt TD为微分时间 输出变化量与偏差变化速度成正比。理想微分调节器：1、不能克服静偏差，DV=0的情况微分不起作用 2、若DV=mt(m常数)匀速变化，则MV=m 3、偏差DV为阶跃形式，MV趋于无穷,二、实际微分调节器 实际微分调节器的输出由两部分组成：比例作用和近似微分作用，而且比例作用的比例度固定为100%，实质上是一个比例

20、度不变的比例微分调节器。MV=KP(DV+TD dDV/dt),三、TD对过渡过程的影响 当输出下降了微分作用部分的63.2%时所花的时间称时间常数T，TD=TKD TD越大，微分作用时间长，则微分作用强 TD对过渡过程的影响:TD太大微分作用强，增加系统的不稳定性，易引起振荡 TD太小微分作用弱，最大偏差减小，稳定性较好。,2、有余差，但比纯比例调节要小。实际的微分调节器比例度不能改变（100%），微分作用只有在偏差变化时才起作用，所以一般不能单独使用，而是与其它配合，构成PD或PID调节器。,微分作用的特点：1、具有“超前”作用，对偏差变化快，过渡滞后大的对象，可提高调节质量，但不能克服纯

21、滞后（干扰加在对象上，须经过一定通道才能影响到被调参数，而调节作用的产生是以被调参数的变化为依据来进行，有纯滞后，则无法克服）,W(S)KP(1+TDS)开始微分起主导作用，使总的输出大幅度变化，产生强烈的调节作用之后微分作用消失，积分逐渐占主导地位，直到余差完全消失，积分作用才停止。若将TD=0微分作用消失 则成PI调节器 TI=无穷大，积分作用消失 则成PD调节器 TD=0，TI=无穷大，成为P调节器。PID调节既具有微分作用的“超前”调节，又具有积分作用可消除余差，所以可使调节质量提高。但实用中，应根据需要选用。,第四节 比例积分微分调节,小结：1 比例调节：根据偏差大小输出，调节及时，

22、但有余差，PB减小，调节作用增大，PB太小会引起振荡。2 积分：根据偏差存在时间输出，可消除余差，但使最大偏差增大，过渡时间变长。TI减小，调节作用增大，太小引起振荡。3 微分：根据偏差变化速度输出，有“超前”调节作用，对过渡滞后大的对象有较好效果，可使最大偏差减小，过渡时间减小，余差减小。TD增大，调节作用增大，太大引起振荡。习题：2、5,第九章 调 节 器,重点：调节器的作用、分类，电动型调节器的工作原理，可编程控制器和单回路调节器的概念和特点，集散系统的概念、特点、发展趋势。,第一节 模拟式控制器第二节 可编程逻辑控制器和数字控制器第三节 集散控制系统,控制器在系统中起核心作用：比较、运

23、算、给出控制信号。调节器经历了多个发展阶段，按调节器所用的能源分：气动调节器和电动调节器。气动调节器的发展经历了、型调节器。气动式调节器优点是不需要防爆,运用技术成熟,但这种仪表反应慢,信号不能远距离传送,与现在的各种电动仪表难以配套(要实现配套时必须用转换器:电气,气电)。,电动调节器的发展经历了、型调节器，电动调节器又称模拟式控制器。20世纪80年代以来，又发展了数字调节器：可编程调节器、智能调节器，集散系统、现场总线系统等计算机控制系统则对整个控制系统产生革命性变革。电动模拟式、数字式调节器、计算机控制系统具有反应快,信号易远传,容易与其他仪表相配套,功能丰富，符合当今仪表的发展趋势,但

24、电动仪表应特别注意防爆问题,特别是现场变送器的防爆(本安防爆)。,第一节 模拟式控制器,电动型控制器主要功能:输入信号(测量值)：420mA，输出信号：420mA,供电电压：24VDC，对DV进行PID运算，P、I、D参数设置 对PV.SV.MV指示 内外给定 正反作用 自动、软手动、硬手动操作及手、自动切换 保持特性,一、外观及操作 二 结构原理 1、输入电路：实现DV=PV-SV的偏差运算 2、比例微分电路：实现PD控制曲线 3、比例积分电路和手操电路：实现PI控制曲线和手动自动操作与切换,第二节 可编程逻辑控制器和数字控制器,一、可编程逻辑控制器 PLC：可编程序逻辑控制器，主要用于顺序

25、控制、逻辑控制。如机械加工过程控制，离散的生产过程，连续性生产过程中开停工中泵的启停顺序的控制。现在的PLC增加了许多模拟控制器所具有的功能使之功能更加丰富、完善。PLC的软件工作原理：循环扫描的方式-I/O刷新+执行指令,特点：PC的突出特点是可编程，通过编程来实现特定的控制功能；可靠性高，可在工业环境下可靠运行；控制方案实现简单。PLC编程语言 助记符语言、梯形图语言、流程图语言、布尔代数语言、高级语言(C、BASIC、PASCAL形式都有，一般用于中型或者大型PLC的编程),梯形图语言：梯形图是一种采用常开触点、常闭触点、线圈和功能块的图形语言，它类似于继电器线路图，直观易懂,常开触点

26、常闭触点输出 与 其它功能块,二、数字控制器 数字控制器以微处理机为运算、控制核心、外形与常规的模拟式调节器相似，由用户编程来组织调节规律。也称为可编程调节器，又称为单回路调节器。1.特点：单路调节器的种类很多，但性能及其设计思想基本上相似，归纳起来，都具有如下特点：具有和常规模拟式调节器同样的外特性 具有更加丰富的运算、控制功能 灵活性好：控制规律多，组织方式灵活，还可根据需要修改 可靠性高：使用的元件少，而采用了高可靠集成电路；具有较完备的自诊断和异常报警功能（仪表本身异常报警）通信功能,2、PID算式 数字控制器中具有各种软件功能模块，功能模块的作用主要是运算和调节，其中运算模块的数目比

27、调节模块多。数字控制器控制作用采用PID调节规律，实现PID运算完全通过公式运算来实现，因此可以更加准确地按数学公式实现调节作用，比模拟式调节器用硬件实现的方法具有更好的效果。,在计算机软件编程时不能直接采用模拟控制其中的计算公式，而应该使用离散的方程，必须把微分方程变为差分方程，采用近似的方法：MV（k）=Kpe(k)+Td/T*e（k）-e（k-1）T是采样周期；i和k为采样序号，上式为增量型算式，另外还有位置算式。,第三节 集散控制系统,一、集散系统的概念 集散系统又称为分散型综合控制系统（Total Distributed Control System）TDCS.集散系统是一种过程控制

28、系统，以微处理机为基础，综合了计算机技术（computer）,控制技术（Control）,通讯技术（Communication）,图像显示技术（CRT）4C技术，对生产过程进行集中管理和分散控制的系统。集散控制系统的集中管理包括管理、操作和显示三个方面，分散控制则包括功能、负荷和危险性三个方面。这种系统在系统组织上，是一个分层次的控制装置，可以用金字塔形式来描述：塔顶为经营管理级，其次为生产管理级，再次为过程管理级，最底层为直接控制级CIMS。,二、集散控制系统的发展过程 大致经历三个时期：1、初创期（1975-1980年）重点是实现了分散控制。2、成熟期（80-85年）重点是实现了全系统的管

29、理，引入局部网络技术。3、扩展期（85年以后）把过程控制、监督控制、管理、调度有机结合起来；加强了逻辑控制功能；采用专家系统；使用了MAP标准。MAP（Manufacturing Automation Protocal）制造自动化协议。,三、集散系统特点 1、操作方便，人机界面友好 2、系统构成灵活、扩展方便 3、完善的控制功能 4 具有很强的管理能力，可以实现4A目标：PA（production automation）生产过程自动化 FA（factory automation）工厂自动化 LA（laboratory automation）实验室自动化 OA（office automation

30、）办公室自动化 5、可靠性高、危险分散 6、局部网络通信技术,四、集散系统基本组成 1、过程输入输出接口 2、过程控制单元 3、CRT操作站 4、上位管理计算机 5、通信系统 五、集散控制系统的发展趋势 集散控制系统今后将朝着过程控制系统与信息管理系统紧密结合的管控一体化的新一代系统方向发展。,六、现场总线 基于网络通讯技术实现整个控制系统的网络化管理与信息传输。现场总线系统中各个现场仪表就是相对独立的网络节点，通过固定的通讯协议进行相互之间以及与上层监控计算机之间的信息交流，从而实现系统控制功能。总线协议：基金会现场总线（FF）、PROFIBUS、LONWORKS（分布式智能控制网络）、CA

31、NBUS现场总线。习题：2、3,第十章 执 行 器,重点：执行器的作用、分类，调节阀的原理、结构、分类作用方式，调节阀的安装。,第一节 概 述第二节 执 行 机 构第三节 调 节 机 构第四节 执行器的选择与使用,第一节 概 述,执行器是接收调节器输出的信号，并完成相应操作，以达到它影响调节对象参数目的的装置。执行器可以是步进电机、调节阀、变频调速器等。调节阀是自动控制系统中的一种主要执行器，绝大多数系统的调节手段都是流量，调节阀就是用于改变流体流量的一种执行器。调节阀有电动、气动、液压调节阀。调节阀一般由执行机构和调节机构组成。,第二节 执 行 机 构,一、执行机构 执行机构的作用就是将调节

32、器来的信号转变为相应的推力和位移，用于带动调节机构完成调节动作。根据所用能源的不同，执行机构气动、液动、电动和自力式等。气动执行机构是压缩空气供风，特点是结构简单、安全防爆、低成本。液动执行机构以液压为动力，特点是功率大、动作快，但使用成本高，结构复杂。电动执行机构由电源和控制信号驱动伺服电机来动作，这种仪表易与电动仪表连接，功率大，动作快，但应注意在防爆场合下的使用。自力式执行机构依靠被调介质本身的能量来动作，如由介质的压力带动。,二、电动执行机构 接收调节器输出的420mA信号，由放大器进行功率放大，驱动电动机正反转产生推杆的直行程或角行程。电动执行机构实际上是由伺服放大器以及执行机构共同

33、构成的电动执行机构系统，这个系统在结构上是一个自动调节系统，被调参数为行程。系统由信号比较，功率放大，单相低速同步电机，减速传动机构和位置反馈电路组成。在这个系统中还可以加进操作器用于实现手动和自动的切换操作。各部分的功能如下：1、伺服放大器：用220V交流电源供电，将调节器信号和位置反馈电路信号（均为4-20mA）相比较，然后将偏差放大后触发可控硅电路，控制电机正转或反转。,2、执行机构：电机根据放大器输出的驱动电机正转或反转，通过传动机构把电机转子的转动转换成推杆的直行程或角行程，传动机构带有制动轮和制动盘，用于断电时或没有驱动电流时保持原位置不动。位置反馈电路利用差动变压器把推杆的实际行

34、程转化成4-20mA电流送回放大器用于输入信号比较，反馈的作用是用于保证行程和调节器送来的电流信号成要求的关系，这种关系可由位置反馈电路决定，如线性关系，等的分比，抛物线等特性。,3、操作器 可用于手动操作阀位，并指示行程。操作器有手、自动选择，选择自动时，此操作器不起作用，当选择手动时，它将伺服放大器断开，利用操作器面板上的升降按钮来接通电动机的正反转电流，可以直接控制推杆行程的增减。在此电动执行机构系统中配上接口模块，可将此阀的行程信号送给计算机用于显示阀位。,三、气动薄膜执行机构 由上膜盖、波纹膜片、下膜盖、推杆、弹簧、行程标尺等部件组成。在20100KPa压缩空气的压力作用下，产生对应

35、的行程和推力。阀门定位器及其作用：构成一个以调节器操作值为给定值，以推杆的实际行程为被调参数的自动调节系统。阀门加装阀门定位器可以克服阀杆的反作用力，实现推杆准确到位，同时可利用定位器的凸轮形状来调整阀门的流量特性。,四、执行机构的正反作用 信号增大时推杆下移为正作用，反之为反作用。,第三节 调 节 机 构,调节机构在执行机构带动下，通过改变流体流过调节阀时的流通面积来调节流量。主要由上阀盖、填料、阀体、阀杆、阀座、阀芯、下阀盖组合而成。一、调节机构种类 按照阀芯动作方式的不同，可将调节机构分成直行程和角行程两种。直行程阀就是指阀芯的移动是直线移动，有直通单、双座阀、三通阀、角形、套筒阀。角行

36、程阀是指阀芯的移动是角位移，有：蝶阀、球阀、V型球阀、偏心旋转阀（凸轮挠曲阀）。,二、调节机构的流量特性 表示调节阀的相对开度与流过的相对流量之间的关系。Q/Qmax=f（l/L）相对流量：调节阀某一开度下的流量与全开流量之比。相对开度：调节阀某一开度下的行程与全开行程之比。常见的流量特性：1、直线特性 2、等分比 3、快开特性 4、抛物线,三 调节机构的正、反作用正作用：阀杆下移时，阀关小（正装）,第四节 执行器的选择与使用,一、执行器正、反作用的选择 执行机构 调节机构 执行器 正 正 气关式 正作用 正 反 气开式 反作用 反 正 气开式 反作用 反 反 气关式 正作用 执行器有正、反作

37、用，正作用时信号增大，流量减小，选择正、反作用时的原则是要保证在执行器信号中断时阀门自动归位到工艺安全的位置。,二、执行机构的选择 考虑直行程、角行程、不平衡力,三、调节机构选择 1、结构形式和材质：介质、工况 2、流量特性 3、额定流量系数及口径的选择 计算流量系数、求口径 四、执行器安装 执行器应安装在易折卸、维修、不振动的地方。执行器安装在管道上时要有切断阀和旁路,习题：1、6,第三篇 过程控制系统,将测量仪表、过程控制仪表、控制对象构成一个能对生产过程实现自动控制的系统，就是过程控制系统。过程控制系统的定义：是指对生产过程实现自动控制的系统。过程控制系统有以下几个方面的内容：1、自动检

38、测系统：利用各种检测仪表对主要工艺参数数进行测量、指示、记录和报警的系统。2、自动信号和联锁保护系统：自动报警和自动保护生产安全的装置，达到危险状态时，联锁系统自动采取紧急措施保护装置。,3、自动操纵及自动开停车系统 按事先预定的步骤进行生产控制的系统 4、自动调节系统 就是使工艺参数始终保持在预先规定的数值上，保证生产维持在正常或最佳的工艺操作状态的系统。,第十二章 被控对象动态特性,重点：对象特性概念、描述对象特性的方法、描述对象特性的参数 第一节 对象特性及描述方法 第二节 描述对象特性的参数,第一节 对象特性及描述方法,一、对象特性 被控对象的输出量随输入量及时间变化的特性。控制通道、

39、干扰通道,二、对象特性的描述方法 建立对象的数学模型是研究对象特性的根本方法。可以采用机理法和测试法来建立对象的数学模型。1、机理法：利用生产过程的内在机理如物料平衡、能量平衡等方程，推出对象特性的微分方程。2、测试法：对生产过程施加特定的激励信号，根据过程的实际输入和输出测试数据来分析系统的数学描述模型。,第二节 描述对象特性的参数,用放大系数K、时间常数T、纯滞后时间可以定量地分析对象特性。1、放大系数：描述对象静态特性的参数。放大系数决定了对象在稳态情形下的输入输出关系。K=稳态输出变化量/输入变化量 2、时间常数：表征对象输出变化速度的特征参数，即描述对象的动态特性。T越小，输出变化越

40、快，达到新稳态值的时间越短。3、纯滞后时间：输入开始发生变化至输出开始发生相应变化之间的时间。习题：3、5,第十三章 自动调节系统的基本概念,重点：自动调节系统的组成、分类，自动调节系统的过度过程和品质指标，对象特性对控制质量的影响。,第一节 自动调节系统的组成和分类第二节 自动调节系统的过渡过程和品质指标第三节 对象特性对控制质量的影响,第一节 自动调节系统的组成和分类,自动调节系统是由自动控制装置和被控对象组成。自动控制装置：变送器，调节器，调节阀。被控对象：也叫调节对象，需要调节工艺参数的生产设备或其中的某一部分。比如反应塔的某层塔板液位、温度，换热器、加热炉等等。给定值：根据工艺要求而

41、设定的参数。被调参数：就是生产过程中要求实行调节的参数 测量值：检测变送器测量被调参数而输出的量。干扰作用：引起被调参数波动的外来因素.,二、反馈调节系统 反馈：是指把系统（或环节）的输出参数直接或经过一些环节重新返回到输入端的过程。反馈有正负反馈之分：正反馈是使输入信号增大，负反馈反之。自动调节系统实际上是负反馈系统。负反馈的作用：负反馈的作用是使系统稳定。负反馈使调节系统产生偏差DV=PV-SV，调节器根据偏差DV产生调节作用，控制执行器动作。从而使被调参数相应地减小或增大，以使DV=0。正反馈时DV=PV+SV，系统无法稳定。,三、自调系统的分类 1、按被调参数分：温度、压力、流量、液位

42、等调节系统 2、按具有的调节规律分：比例，比例积分，比例微分，比例+积分+微分等 3、按给定值形式分：定值调节系统（工艺参数保持定值）随动调节系统（自动跟踪式，给定值随机变化）程序控制系统（给定值随时间有规律地变化）,第二节 自动调节系统的过渡 过 程 和 品 质 指 标,一、调节系统的静态与动态 静态：指被调参数不随时间变化的平衡状态。是一种相对稳定的平衡状态，而不是绝对静止状态。静态往往是调节系统的调节目的。动态：指被调参数随时间变化的不平衡状态。是调节系统的调节过程，动态不是调节系统的调节目的。,二、自动调节系统的过渡过程 自调系统在动态过程中，被调参数是不断变化的，它随时间变化的过程即

43、自调系统的过渡过程。就是系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。因为干扰是客观存在的，所以系统总是经常处于动态过程中，所以研究系统的过渡过程有重要意义。,三、过渡过程的形式 以阶跃干扰作用作为干扰的代表，在阶跃干扰作用下调节系统的过渡过程有以下几种：1、非振荡衰减过程 被调参数在给定值一侧作缓慢变化，没有波动，最后回到给定值。2、衰减振荡过程 被调参数在给定值附近上下波动，但幅度逐渐减小，最后稳定在某一数值上。3、等幅振荡过程 被调参数在给定值附近来回波动，幅度不变。4、发散振荡过程 被调参数来回波动，幅度逐渐增大，偏离给定值越来越大。,以上四种过渡过程可以归纳为三类：1、不稳定过渡过程

44、：第4种，被调参数不能达到平衡状态，远离给定值。2、稳定过渡过程：第1、2种，被调参数最后能稳定在某一数值上。3、临界过渡过程，第3种。,四、调节系统的品质指标 多数情况下希望得到衰减振荡过程，因为非振荡过程变化缓慢。以衰减振荡形式来讨论调节系统的品质指标：1、最大偏差或超调量 最大偏差：被调参数偏离给定值的最大值即第一个波峰A，是一个衡量系统稳定程度的指标。超调量指最大偏差与系统新稳态值之间的差值。,2、余差 C 过渡过程终了时，被调参数所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差，如图中C。调节系统的余差表示系统调节精度。3、衰减比 衰减振荡过程中第一、第二个波峰值之比。它是衡量稳定性的指标，衰减

45、比小于1：1时振荡发散，等于1：1时为等幅振荡，为保持足够的稳定裕度，衰减比以4：1或10：1为宜。,4、过渡时间 从干扰产生作用起至被调参数重新建立新的平衡为止，过渡过程所经历的时间。过渡时间是反映系统调节速度的指标。5、振荡周期或频率 过渡过程同向两波峰（波谷）之间的间隔时间称为振荡周期T，振荡频率f=1/T 系统对各指标的要求：希望余差尽量小，最大偏差小一些，过渡时间短一些，衰减比要适当。,控制通道特性用K0、T0、0 表示，干扰通道特性用Kf、Tf f表示 一、K0、Kf对控制质量的影响 K0 适当大、Kf 应尽可能小 二、T0、Tf对控制质量的影响 T0 适当小、Tf 应尽可能大 三

46、、0、f对控制质量的影响 0应尽可能小、f 的大小对系统控制质量影响不大习题：4、7,第三节 对象特性对控制质量的影响,第十四 章 简单调节系统,重点：简单调节系统的结构，调节参数、被调参数、调节器调节规律的选择，调节器PID参数的工程整定，调节系统投运过程。第一节 简单调节系统的设计 第二节 调节器参数的工程整定 第三节 系统投运,第一节 简单调节系统的设计,一、简单调节系统的组成 由单参数单回路板成的调节系统。简单调节系统：由调节对象和自动调节装置组成。自动调节装置由测量元件变送器，调节器，执行器组成。简单调节系统是应用最多的调节系统，占控制系统80%以上。,图14-1 简单控制系统的方框

47、图,二、被调节参数的选择 被调参数的选择关系到系统能否达到稳定操作，提高质量，保证安全等目的，关系到调节方案的成败。影响生产过程的因素很多，必须从中找出影响生产的关键因素作为被调参数。在选择被调参数时，首先要考虑单值对应关系的工艺合理性，同时必须考虑被调参数有足够的灵敏度。还要考虑被调参数间的独立性。,三、调节参数的选择 用于克服干扰对被调参数的影响，实现调节作用的参数称为调节参数。最常用的调节参数是流体的流量。调节参数选用原则：1、应可调，即工艺上允许调节的参数 2、调节参数应比其它干扰对被调参数的影响更加灵敏。适当选择调节参数，使调节通道放大系统适当大一些，时间常数适当小，纯滞后时间尽可能

48、小。而干扰通道的放大系数应尽可能小，时间常数尽可能大。,四、测量变送环节对控制系统的影响 测量、变送环节是调节系统进行调节作用的依据，它要求能及时，准确地反映被调参数的情况。为此应注意：1、测量元件的安装应尽量减少纯滞后（测量位置）2、测量元件本身应尽量减少测量滞后（热阻，热容）3、尽量送减少传递滞后（特别是气信号）,五、气动执行器的选择 1、调节阀流量特性的选择 2、调节阀气开、气关形式的选择,六、控制器正反作用的选择及控制规律的选取 1、控制器正反作用的选择 控制作用对被控变量的影响应与干扰作用对被控变量的影响相反，才能使被控变量恢复到给定值。2、控制规律的选取 根据广义对象特性和对控制系

49、统的要求来选择调节规律,第二节 调节器参数的工程整定,调节器参数的整定，就是按照已确定的调节案，求取使调节质量最好的调节器参数值的过程，确定最佳的调节参数：比例度，积分时间和微分时间。一、临界比例度法：,找出使被调参数达到等幅振荡状态的比例度。1、增大放大倍数（减小比例度）2、逐渐减小比例放大倍数到等幅振荡，此时的比例度值称为临界比例度PD，测出等幅振荡周期TK，然后按经验表格中的参数设置调节器参数值。,二、衰减曲线法：使系统产生衰减振荡来整定调节器参数值。1、置调节器为纯比例调节作用。2、改变给定值加阶跃干扰，从大到小逐渐改变比例度直到出现4：1衰减为止。3、记下此时比例度PB，从曲线上得到

50、TS（衰减周期）4、按表格中的经验数值设置调节器参数值。,三、经验凑试法 先将调节器参数根据不同被调参数按表格中参数设置，然后根据记录纸上的过渡过程曲线，运用PB，TI，TD对过渡过程的影响为指导，分别整定各个参数，直到获得满意的过渡过程为止。参数整定关键在于“看曲线，调参数”调参数应根据PB，TI，TD对过渡过程的影响进行：PB 小易引起波动，大则不易波动。Ti 小易引起波动，大则不易波动。TD 小不易引起波动，大则易波动。,第三节 系 统 投 运,1、准备工作 检查仪表的接线，安装。2、仪表性能检查 仪表投运前应进行性能检查，现场连接后进行校样 3、调节回路检查 确保调节回路为负反馈，取决