过程控制仪表及控制系统复习大纲

第一章绪论
过程控制系统的组成环节,变量,方框图, 特点;工艺管道及控制流程图
过程控制系统的分类
* 有多种分类方法：
按被控变量来分：温度、压力、流量、液位等控制系统；
按控制器控制规律来分：比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统；
按给定值来分：按给定值是否变化和如何变化来分：
*1、定值控制系统：
*被控变量的给定值不变。

*2、随动控制系统：
*给定值是随机变化的。

*3、程序控制系统（顺序控制系统）
*给定值是一个已知的时间函数。

过程控制系统的过渡过程和品质指标
* 过程控制系统的过渡过程：
* 在阶跃干扰作用下，过渡过程的几种形式：
*1、最大偏差或超调量A
*2、衰减比n
*3、余差C
*4、过渡时间
*5、振荡周期或频率
第二章被控过程的数学模型
过程特性的类型
单调衰减过程t
y
衰减振荡过程
y
等幅震荡过程
y
单调发散过程
y
过程特性：控制通道特性;干扰通道特性 解析法建立过程的数学模型（机理建模） 一阶对象
响应曲线辨识过程的数学模型（实验建模） 阶跃响应曲线法
描述过程特性的参数
* 放大系数K ；时间常数T ；滞后时间（时滞）τ
* 对象特性对控制质量的影响：控制通道特性对控制质量的影响；干扰通道特性对控制质量的影响
第三章 变送单元
变送器在自动检测和控制系统中的作用，是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量转换成统一的标准信号，以供显示、记录或控制之用。

变送器的分类
变送器的构成原理
01()
i f
y K x z K =+
变送器的一些共性问题
* 量程调整；零点调整和零点迁移；线性化；变差；变送器信号传输方式
力矩平衡式压力（差压）变送器：
作用；分类；构成方块图；工作原理
典型线路分析：矢量机构；反馈机构；低频位移检测放大器
电容式压力（差压）变送器：
构成方框图；工作原理
差压变送器的应用
零点迁移；量程调整；
应用：测压力、差压、流量、液位、密度（重度）、分界面。

(I o )
调零、迁移信号
温度变送器
+
- 负迁移示意图
+ -
p
p
+ -
p
p
流量检测
* 测量的分类：
* 速度式流量计：差压式、转子、电磁、涡轮、堰式； * 容积式流量计：椭圆齿轮流量计、活塞式； * 质量流量计：直接式、间接式。

* 差压式流量计
• 标准节流装置：孔板、喷嘴、文丘里管
温度变送器的典型线路分析：折线电路（热电偶温变）
V V
V a V a V a V a V
a V f V f V f
V f
V f
γ1
γ2
γ3
γ4
1
22
1D
C
B
A IC 2
R o
R 115
R a
R 116
R 117
R 118
R 119
R 120
R 121
R 122
R 123
D W 103
D W 104
D W 105
D W 106
Vs4Vs3Vs2Vs1
Va
Vf
线性化电路（热电阻温变）
节流装置
差压计
显示仪表
•转子流量计；椭圆齿轮流量计；涡轮流量计；电磁流量计；旋涡流量计（涡街流量计）
质量流量计
物位检测
–物位仪表的类型（按其工作原理）：
•直读式物位仪表：有玻璃管液位计、玻璃板液位计等
•差压式物位仪表：
•浮力式物位仪表：恒浮力法，变浮力法
•电磁式物位仪表：核辐射式物位仪表：声波式物位仪表：光
学式物位仪表：
差压式液位变送器：零点迁移问题；电容式物位传感器；核辐射物位计
第六章显示记录单元
* 动圈式显示仪表
*XCZ-101型动圈式显示仪表
*测量热电偶的热电势
*XCZ-102型动圈式显示仪表
*测量热电阻的变化值在不平衡电桥上产生的电位差
* 自动平衡式显示仪表
*自动电子电位差计：
*用来测量电压信号。

*自动电子平衡电桥：
*对于能转换成电阻值的各种变量都可以显示。

第四章调节单元
•调节器的作用
•各种基本运算规律及其特点
•比例度、积分时间、微分时间的测定方法
•DDZ-Ⅲ型调节器的特点及基本组成
一、调节器的运算规律
正偏差、负偏差
正作用调节器、反作用调节器
PID
()1
()(1)()
P D I Y s s K T s E s T s
∆==+
+ 其中F ——相互干扰系数，
实际PID ：11()()1()1D
I P D I I D T s
Y s FT s F W s K F
T E s s K T s K ++∆==++ 1、比例（P ）运算规律：
p y K ε∆= ()P W s K =
*
* 阶跃响应 * 特点：控制器的输出与偏差成比例；克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短；但存在
余差，负荷变化越大，余差就越大。

* 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。

比例度δ定义，K P 的关系：1100%p
K δ=⨯
2、比例积分（PI ）运算规律：
积分时间T I 的定义，测定方法。

理想PI ：01()t P I y K dt T εε∆=+
⎰ 1
()(1)P I W s K T s
=+ 实际PI ： 阶跃偏差下，理想PI 输出：
阶跃偏差下，实际PI 输出：[1(1)(1)]I I
t K T P I y K K e
ε-∆=+--
控制点偏差、调节精度定义。

适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。

3、比例微分（PD ）运算规律：
微分特点：超前调节，与偏差变化速度有关。

理想PD ：()P D
d y K T dt
ε
ε∆=+ ()(1)P D W s K T s =+ 实际PD ：1()1D P D D
T s
W s K T s K +=+
斜坡信号输入时，理想PD 输出：()P D y K a t T ∆=+ 阶跃偏差下，实际PD 输出：[1(1)]D
D
K t T P D y K K e
ε-
∆=+-
微分增益KD,微分时间TD 的定义，测定方法。

二、基型调节器：
* 作用；构成方框图
典型线路分析
4、比例积分微分（PID ）运算规律：
实际PID ：11()()1()1D
I P D I I D
T s
Y s FT s F W s K F
T E s s K T s K ++∆==++ 理想PID ：0
1()t
P D
I
d y K dt T T dt
ε
εε∆=+
+⎰ ()1()(1)()P D I Y s W s K T s E s T s ∆==++ 阶跃偏差下，实际PID 输出：[()(1)()]D
I I
D
t K t K T T P I D y K F K F e
K F e
ε-
-
∆=+--+-
适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统。

自动
软手动 硬手动
*工作状态
*无扰动切换
典型线路分析
输入电路（偏差差动电平移动电路）
• 特种调节器：抗积分饱和调节器；前馈调节器；非线性调节器 • 附加单元：偏差报警单元；输出限幅单元
三、数字式调节器
* 特点；类型；PID 控制算法；基本构成
V S V O
调节器 （反作用）
V i ΔV
调节器 （正作用）
V S
V i
V O
ΔV
* PI 电路
* PD 电路 ∆V 02
∆V 02/m
C I R I
C
F
T IC 3
V 闭环跟踪实验线路
* 调节器置“自动”、“反作用”，若该调节器使用积分作用，当给定信号V S 改变时，输出信号V O 就跟随V S 而变化
* 调节器置“自动”、“正作用”，
若该调节器使用积分作用，当测量信号V i 改变时，输出信号V O 就跟随V i 而变化
第五章执行单元
* 气动执行器的组成
*执行机构
*控制机构
* 气动执行器的气开、气关型式
*气开式：信号压力增大，流通截面积增大，阀开度增大，失气时阀全关；
*气关式：信号压力增大，流通截面积减小，阀开度减小，失气时阀全开。

*气动执行器的组合形式（四种）。

控制阀的特性：
*流量方程式
*流量系数C的定义
*可调比R的定义
*流量特性的定义和表示形式：
*理想流量特性
*有四种形式：直线、等百分比（对数）、抛物线及快开等。

由阀芯
的形状决定。

*工作流量特性
调节阀的选择：
•调节阀结构型式的选择
•流量特性的选择
•气开、气关型式的选择
•控制阀口径的选择
电动执行器：
* 电动执行器组成方框图、工作原理
输
*电-气转换器工作原理
*阀门定位器
*作用
*气动阀门定位器、电-气阀门定位器工作原理
*应用
*组成自控系统的常用单元
*开方器
第七章安全栅
* 仪表防爆的基本知识
* 构成安全火花防爆系统的条件
*安全栅的作用
*常用的安全栅
第八章单回路控制系统
1、被控参数的选择；
直接指标：
间接指标：
2、控制参数的选择，控制方案的确定；
找出影响被控参数的所有因素，根据过程控制通道特性和扰动通道特性对控制质量的影响，正确选择可控性良好的变量作为控制参数。

3、过程检测控制仪表的选用；
（1）测量元件及变送器：
（2）调节阀：
•根据生产安全原则及被控介质特点，选气开、气关阀。

•根据过程特性与控制要求选用对应流量特性的控制阀。

•根据被控介质流量选择阀的口径。

（3）调节器：
•根据过程特性与工艺要求，可选择控制规律。

•根据构成系统负反馈原则，确定调节器的正、反作用。

4、调节器参数整定的方法：
临界比例度法：
衰减曲线法：
经验凑试法：
题型
•填空题（10~20分）
•选择题（10~20分）
•简答题（20~40分）
•计算题（20~30分）
•设计题（15~20分）。