过程控制装置
过程控制工程设计—节流装置、调节阀与差压液位计的计算
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4
节流装置流速方程 式中
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5
节流装置流量方程（实际中）
式中，c为考虑实际因素引入的一个系数，它 是管道尺寸、孔板取压方法和雷诺数的函数。
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6
第一节 节流装置的计算
一、节流装置计算的基本公式及取压方法
1.节流装置原理和基本公式
Qh 0.01252d2
p
1
[m3/h](工作状态)
G h0.01252d2 p1 [kg/h](工作状态)
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7
第一节 节流装置的计算
2.常用取压方法
IV III II I I II III IV
I～I为角接取压法 II～II为1’’法兰取压法 III～III所示即为理论取压法 IV～IV即为径距取压法
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8
第一节 节流装置的计算
二、计算中有关参数的确定 P191；1.6；2；2.5； 3.2；4；5；6.3；8乘以10n，n为任 意正整数。
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10
v 已知角接取压孔板 ，取压方式为角接取压 v 被测介质为水，工况条件如下： v 常用流量(t/h) 45 v 管道内径(mm) 100 v 粘度(Pa.s) 0.000797 v 最大差压(kPa) 90.7029 v 开孔直径比(β) 0.50219 v 求™ 压：力损失(kPa)
™ 雷诺数(ReD)
应力成正比, 其粘度保持恒定与 剪切速率无关。
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15
非牛顿型流体
不服从牛顿摩擦定律的流体。一般粘性较 大，且随着流动速度而变化。例如石灰乳、泥 浆、污水和许多高分子溶液等。
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16
第二节 调节阀流通能力的计算
一、调节阀C值计算公式 见P197
Q AF P1 P2
过程控制实验装置控制方式选择
１常 用 控 制 方式 ．
１１ 回路 闭环 控 制 方 式 ．单
应用前馈补偿综 合法构成解耦控 制系统， 够消除相互关 联 ， 能 使 其 成 为两 个 独 立 的 单 回 路 。 这种 系统 结 构 简 单 ｆ 时称 为 简 化 解 耦１实 有 ，
比较 容 易 理 解 和 掌 握 。 单 回 路 控 制 系 统 又 称 简 单 控 制 系 统 ， 由被 控 对 象 、 感 器 、 送 现 方 便 ， 它 传 变 器 、 制 器 和 执行 器 组 成 一 个 闭 合 回路 ， 称 反馈 控制 系统 。 控 也 １ ｍｔ 估 控 制 方 式 ．Ｓｉ ４ ｈ预 在实 际 生 产 过 程 中 ， 多 数 工业 对 象 具 有 较 大 的 纯 滞 后 时 间 。对 大 单 回 路 控 制 系 统 是 最 简 单 、 本 的一 种 控 制 系 统 ， 适 用 于 被 控 基 它 对 对 象 滞 后 时 间 比较 小 、 荷 和 于扰 变 化 不 大 、 制 质 量 要 求 不 很 高 的 象 的 纯滞 后 时间 Ｔ 控 制 系统 的控 制 性 能 极 为 不 利 。当对 象 的纯 滞 后 负 控 即 厂 ． 采 场 合 。 回 路 控 制 系统 的设 计 和参 数 整 定 方 法 是 各 类 复 杂控 制 系统 设 时 间 Ｔ与 对 象 的 时 间 常数 ｔ 之 比 ， ｆ Ｌ≥Ｏ３时 ． 用 常 规 的 比例 积 单 计和整定的基础。 分 微 分（Ｉ ） 制 来 克 服 大 纯 滞 后 是很 难 适 应 的 ， 且 还 会 使 控 制 过 程 ＰＤ控 而 严 重 超 调 ， 定性 变 差 。 着质 量 分 析 仪 表 在 线 控 制 的 推广 应用 ， 服 稳 随 克 １ ． 馈 控 制方 式 ２前 改 基 于 不 变性 原 理组 成 的 自动 控 制 系 统 称 为 前馈 控 制 系 统 ， 实 现 纯 滞 后 已 经成 为提 高 过 程 控 制 自动 化 水 平 。 进 控 制 质 量 是 一 个 迫 切 它 与 （ １ 用 了 系统 对 全 部 扰 动 或部 分 扰 动 的不 变 性 ， 质 上 是 一 种 按 照 扰 动 进 行 需 要 解 决 的 问题 。施 密 斯 预 估控 制 原理 是 ： Ｄｓ并 接 一 补偿 环节 ， 实 这 补偿 的开 环 系 统 。 理 想情 况 下 ， 以把 补 偿 器 设 计 到 完 全 补偿 。 和 来 补 偿 被 控 制 对 象 中 的纯 滞 后 部 分 。 个 补 偿 环 节 称 为 预 估 器 其 传递 在 可 Ｙ Ｄ 分 别 代 表 被 调 量 和 扰 动 量 ， 。ｓ 和 （） 别代 表 被 空 对 象 不 同 通 函数 为 Ｇ（（一ｅ ， 纯 滞 后 时 间 ， Ｇ （） ｓ分 ｐ） ｓ １ １ Ｔ为 补偿 后 的 系统 框 图示 于 图 ２中
过程控制实验指导书
过程控制及仪表实验指导书襄樊学院实验装置的基本操作与仪表调试一、实验目的1、了解本实验装置的结构与组成。
2、掌握压力变送器的使用方法。
3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。
二、实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置GK-02 GK-03 GK-04 GK-072、万用表一只三、实验装置的结构框图图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图四、实验内容1、设备组装与检查：1）、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。
并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。
2）、先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。
3）、按下起动按钮，此时交流电压表指示为220V，所有的三芯蓝插座得电。
4）、关闭各个挂件的电源进行连线。
2、系统接线：1）、交流支路1：将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负），GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端；GK-07 的“SD”与“STF”短接，使电机驱动磁力泵打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STR”短接）。
2）、交流支路2：将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负）；将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机正转打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。
3、仪表调整：（仪表的零位与增益调节）在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出：L T1、PT、L T2、FT（输出标准DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应水位高度、压力、流量的值。
对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器，当拧开其右边的盖子时，它里面有两个3296型电位器，这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。
基于PLC的过程控制实验装置温度模糊PID控制
基于PLC的过程控制实验装置温度模糊PID控制陶 权，谢 彤（广西工业职业技术学院，广西 南宁 ５３０００３）摘 要：本文介绍了用Ｓ７－２００实现过程控制系统实验装置中锅炉夹套的温度模糊控制设计思想，对模糊ＰＩＤ控制的结构、模糊ＰＩＤ控制器的设计、模糊ＰＩＤ控制的ＰＬＣ实现进行了分析，文中详细介绍了模糊控制器程序的编写方法，结果表明，用ＰＬＣ 实现的模糊控制器简单实用。
关键词：过程控制系统实验装置；模糊ＰＩＤ；ＰＬＣ中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２０１０）１０－００２２－０５T emperature Fuzzy PID Control in the Process ControlExperimental Device Based on PLCTAO Quan, XIE Tong( Guangxi V ocational & Technical Institute of Industry, Nanning 530003 China )Abstract: This article describes design concept of realizing temperature fuzzy control for boiler jackets in the process control system experimental device by using S7-200, in which the structure of fuzzy PID control, fuzzy PID controller designing and PLC implementation of fuzzy PID control are analyzed,and the fuzzy controller programming is also introduced in detail. Results show that the fuzzy controllers consist of PLC are both simple and practical.Key words: process control system experimental device; Fuzzy-PID; PLC１ 引言本校自动化实验室采用的“ＴＨＪ－３型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象系统，该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈—反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。
IO柜
一、集散系统的概念。
集散就是指整个生产过程的全部操作、显示集中在同一个操作规程台进行。
分散控制就是有多个微处理机分散承担生产过程的控制，每个微处理机只控制少量回路。
集散系统是集中监视、操作、管理和分散控制。
二、集散系统的构成。
由过程控制装置、数据采集装置、人—机接口装置、监控计算机和通信系统等5个基本组成部分。
（一）、过程控制装置（控制站）1、组成及作用：过程控制装置是由微处理机、内部总线、接口和过程通道几部分组成。
它是现场控制站，它可以控制一个或多个回路，具有较强的运算能力和多种控制能力。
2、各部分的组成（1）微处理机：它是过程控制的核心。
它主要由微处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、读写存储器（RAM）和输入/输出接口组成。
它存储各种程序和数据，根据过程通道输入的过程信息进行相应的处理、分析、运算和判断，产生所需的控制信息，并通过过程通道和现场控制仪表作用于被控对象。
（2）过程通道：又分为过程输入通道及输出通道，它是过程控制装置与生产过程之间信息传递和变换的桥梁。
过程输入通道把传感器或变送器输出的信息变换成微处理机所能接受识别的代码，而输出通道则把微处理器输出的控制命令和数据变换成执行器所接受的控制信号，以实现对生产过程的控制。
过程输入通道包括模拟量输出通道、开关量输出通道及脉冲量输出通道等。
内部总线连接了微处理器、存储器、过程通道接口和通信接口等部分。
（3）接口：它是微处理器与外界交换信息的通道。
它是过程通道，外部设备与微处理器总线的信息交换部件。
（二）、数据采集装置（检测量站）作用：它是采集非控制变量信息，进行数据处理，经通信系统送给人—机接口装置或监控计算机。
（三）、人—机接口装置（操作站）人—机接口装置是由微处理机、CRT显示器、键盘、大容量外部存储器、打印机和硬拷贝机等组成，它是人和机器系统与外界联系的窗口。
集散系统的人—机接口装置一般采用16位或32位微处理器。
CRT显示器和微处理器构成智能显示装置，它以分级显示的方式反映生产过程的运行状态。
A3000过程控制装置
A3000过程控制装置综合实践报告班级：姓名：学号：2011年1月9日一、实验目的1、熟悉A3000实验装置的工艺流程。
2、熟悉使用浙大中控DCS系统，了解DCS系统的工作原理。
3、掌握使用DCS系统组态软件进行组态和设计控制系统基本过程。
4、在A3000实验装置上完成水箱液位自动控制系统的设计与分析。
5、深入理解控制器参数的调整原理。
二、实验内容（一）、熟悉工艺流程，绘制装置流程图。
1、任务要求：（1）熟悉系统的工艺流程，了解装置上的检测点和执行机构并进行记录。
（2）了解装置上各个手动阀和泵的作用。
（3）了解电磁阀的作用和工作原理。
（4）了解变频泵的作用和工作原理（5）掌握如何开启、关闭系统。
（6）在前几步的基础上进行如下操作：a).使用工频支路给上水箱上水。
b).使用变频支路给上水箱上水。
c).使用工频支路给下水箱上水。
d).使用变频支路给下水箱上水。
e).使用工频支路给锅炉上水，观察锅炉水位，当锅炉水位达到30%时，关闭上水泵。
f).使用变频支路给锅炉上水，当锅炉水位达到70%时，关闭上水泵，并放空锅炉内的水。
（7）绘制整个工艺过程的工艺流程图2、完成步骤（1）、测试系统，在弄清系统的管路连接后手工绘制流程图。
在流程图中标注A3000装置中的所有管道，锅炉，水槽，水泵，调节阀和传感器等元件。
（2）、完成主控卡和控制站的组态。
其组态顺序为先组态主控制卡，然后组态I/O 卡件，再组态I/O点，最后组态控制方案。
（注：其各自组态地址如表1—表4所示。
地址表中只列出了第四组装置用到的组态地址）。
a、主控制卡组态。
主控制卡的组态是总组态的第一步，完成这一步后就可以在主控制卡XP243上完成后续的组态。
表1 主控制卡组态参数表b、数据转发卡组态c、I/O卡件组态说明：I/O卡件是和现场直接相连的设备，现场信号通过电缆到达I/O卡件，I/O 卡件处理后将数据送给数据转发卡，数据转发卡再送到主控制站进行运算。
过程控制仪表与装置-10第二节KMM可编程调节器
n
P1
PID
P2
U
当P2 = OFF时， U (n ) = U (n − 1) + ∆U (n )
当P2 = ON时，U (n ) = P1 + ∆U (n )
式中： 运算的增量值。 式中： ∆U (n ) − − 第n次PID运算的增量值。
(1) 常规 常规PID运算规律 运算规律
PV ( H 2 )
Qρ ∝ P T
∴M = K
P ⋅ ∆P ........(1) T 式中： 式中： P − −工作状态下的绝对压力 ；T − −工作状态下的绝对温度 。
在设计孔板时， 条件设计的。 在设计孔板时，是根据 ( Pd , Td )条件设计的。如果孔板 工作在 设计条件下， 设计条件下，则： Md = K Pd ⋅ ∆ Pd ........( 2 ) Td
1
T COMP
0 1
P COMP
0
1
SQRT
DIG AI 1 FILT
图4-4
输入处理示意图
注：开关打在“0”，相当于“输入处理数据”表中某项填 ，表 开关打在“ ” 相当于“输入处理数据”表中某项填0， 示不进行该项处理。 示不进行该项处理。
1、折线处理 、
作用：对输入信号进行非线性校正。 作用：对输入信号进行非线性校正。 用户可定义折线表中的10个折点坐标。 用户可定义折线表中的 个折点坐标。 个折点坐标
3、压力补偿(P) 、压力补偿
计算公式： 压力补偿模块 ( P .COMP )计算公式： p + c2 ∆Pd = × ∆p pd + c 2 差压。 即将实际测量到的差压 ，转换成设计压力下的 差压。 − “0” − c 2 = 101 .3( kPa ） 数据填写时， 数据填写时， “ − 1” − c 2 = 10330 ( mmH 2O）
过程控制实验装置仿真软件的研制
关键词 ： 程控制 ； 真 ； 态软 件 过 仿 组
摘
要： 针对现 有过程控制 实验装 置价格 昂贵 、 量 少的现 状 ， 用力控 纽 态软件 中特 有的 控 数 采
制策略 生成器， 模拟过程控制实验装置。组成各种单回路、 串级、 前馈反馈、 施密斯纯滞后补偿 控制系统 ， 并可以在计算机上仿真对象的参数测取、 Ｉ ＰＤ参数整定等功能。
实现一个一阶传递函数 ：（ ） ｕ Ｓ ＝ Ｃ Ｄ ） （ Ｂ ） Ｙ ｓ ／ （ ） （ ＋ ｓ／ Ａ＋ ｓ 。点击 图中的传递 函数块可 以出现传递函数的属 性窗口， 我们可以通过修改 、 、 、 Ｂ ｃ Ｄ的值来得到不同的对象特性。例如视 （ ） ２ 可令 ｃ＝ ， ｓ ＝ ２ Ｄ＝
，
０ Ａ＝ ， １ 。将该传递函数的输入输 出变量用连线工具连接。 ， １Ｂ＝ ０
图 ４ 过程控制实验装置的工艺流程图
采用 阶跃 响应 曲线法 ， 过多次实验 ， 取 出水 箱 等对 象 的阶 跃 响应 曲线 ， 出被 控 对象 的数 学模 型 。 经 测 求 在最 终 的运行 界面上可 以修 改模 型的参数 。
文章编号 ：６４０ ６ （０ ８ ０ － ７ －５ １７ －２２ ２ ０ ）３０ ８０ ０
过程 控 制实验 装 置仿 真软 件 的研 制
刘振 东’梁秀满’朱翔 ， ，
（． １ 河北理工大学 ｔ ｔ 机与 自 ＇ｔ ｌ： ＇ 动控制学院 ， 河北 唐山 ０ ３０ ；． 山工业职业技术学院 ， ６０ ９ ２ 唐 河北 唐山 ０３ ０ ） ６ ０ ０
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气动蝶阀
气动球阀
气动切断阀
气动薄膜 角形阀
电动 直通单座阀
电动 隔膜阀
电动 三通阀
电磁阀
手动截止阀
4、4、2电动执行器 电动执行器由电动执行机构和调节机构两部分组成。电动执行机构 可将来自调节器的电信号转换成为位移输出信号，去操纵阀门、挡板等调 节机构，以实现自动调节。依据电动执行机构的位移信号，完成调节任务 的装置称为调节机构。 按照输入位移的不同，电动执行机构可分为角行程（DKJ型）和直 行程（DKZ型）两种，电气原理和电路完全相同，只是输出机械传动部分 （减速器）有所区别。通常有伺服放大器和执行机构两部分组成。角行程 执行机构适用于操纵蝶阀、挡板等转角式调节机构。 按特性不同，电动执行机构可分为比例式和积分式。比例式的位移 输出信号与输入电信号成比例关系；积分式接受断续输入信号，其输出位 移信号与输入信号成积分关系。 对电动执行器的基本要求是输出转角或直线位移必须与输入电流信 号成正比，而且有足够的转矩或力，动作要灵活可靠。
(2) 伺服放大器
作用: 将输入信号和反馈信号进行比较， 得到差值信号， 根据差值信号的极性和大小， 控制可控硅交流开关Ⅰ、Ⅱ的导通或截止 可控硅交流开关Ⅰ、Ⅱ用来接通伺服电机的电源 伺服电机的状态： 正转 反转 停止不转
伺服放大器工作原理示意图 放大器的作用是将输入信 号Ii和反馈信号If进行比较 ，得到差值信号，并根据 的极性和大小，控制可控 硅交流开关Ⅰ、Ⅱ的导通 或截止。
两侧可以分别输入一个固定信号和一个 变动信号，或两侧都输入变动信号。
P2
它的输出特性有比例式及两位式两种。
两位式是根据输入执行活塞两侧的操作 压力的大小，活塞从高压侧推向低压侧 ，使推杆从一个位置移到另一极端位置
比例式是在两位式基础上加有阀门定位 器后，使推杆位移与信号压力成比例关 系。
气动薄膜式执行机构和电动执行机构的比较 序号 比较项目 气动薄膜执行机构 电动执行机构
执行器在自控系统中的作用
执行器通常 专指阀门
执行器是指：阀门－调节阀(连续的)、开关阀(过程控制范畴) 电机－连续的、开关的(属于流体机械的范畴，起执行器的作用)
执行器在自控系统中的作用：接收调节器（计算机）输出的控制信号， 使调节阀的开度产生相应变化，从而达到 调节操作变量流量的目的。
执行器是控制系统必不可少的环节。 执行器工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节 原因：执行器与介质（操作变量）直接接触 (强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、 高温、深冷、高压、高差压
在执行机构工作时，可控 硅交流开关Ⅰ、Ⅱ只能其 中一组导通。
1.可控硅Ⅰ导通时：分相电容Cd 与W2串接，由于Cd的作用，W1和W2的电流 相位总是相差90°,其合成向量产生定子旋转磁场,定子旋转磁场又在 转子内产生感应电流并构成转子磁场，两个磁场相互作用，使转子顺 时针方向旋转（正转）； 2.可控硅Ⅱ导通时：使转子反时针方向旋转（反转）；
气动执行机构主要分为两大类：薄膜式与活塞式 薄膜式与活塞式执行机构又可分为：有弹簧和无弹簧两种
气源 PO
气源PO
气动执行机构的动态特性为一阶滞后环节。其时间常数的大小与薄 膜气室大小及引压导管长短粗细有关，一般为数秒到数十秒之间。
气动活塞式执行机构基本结构和工作原理
基本部件：活塞和气缸
P1
活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动
电动执行机构构成原理
输 入 信 号
＋ －
ε
伺服放大器
伺服电机
减速器
输 出
位置发生器
(1) 伺服电机
作用:将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩 伺服电机实际上是一个二相电容异步电机，由一个用冲槽硅钢片
叠成的定子和鼠笼转子组成，定子上均匀分布着两个匝数、线径 相同而相隔90°电角度的定子绕组W1和W2。
减速器一般由机械齿轮或齿轮与皮带轮构成。
电动执行机构的特性
伺服放大器是一个 具有继电特性的非 线性环节：
Ii I f Ii I f 无输出 2 2
输出～215V
Δ为不灵敏区
Δ太大会？？
Δ太小会？？
电动执行机构输出为角行程或者式直行程：
l
1 Ii Kf
1 Ii Kf
4、4、3气动执行器 主要特点：结构简单、动作可靠、性能稳定、故障率低、价格 便宜、维护方便、本质防爆、容易做成大功率等。由执行机构与调节机 构两部分组成。 1、执行机构 有薄膜式和活塞式两种。薄膜式简单、价廉但只能直接带动阀杆， 行程短。活塞式的特点是行程长，但价格贵。 执行机构是推动装置，它按调节器输出信号（20-100KPA）的 大小产生相应的推力，使执行机构推杆产生相应位移，推动调节机构动 作，有正反作用之分。调节机构是执行器的调节部分，其内腔直接与被 调介质接触，调节流体的流量，也有正反作用之分（正装与反装）。 正作用：调节信号压力增大，阀杆向下移动的。反之为反作用。 主要部分：气室、薄膜、弹簧。 活塞式的执行机构也有单向和双向两种作用方式。双向的在结构 上是没有弹簧的，由于无弹簧的反作用力，因此其输出力比薄膜式的大， 常用作大口径、高压差调节阀的执行机构。
4.4执行器
关键点：
气开、气关
阀（芯）结构及其特点 流量系数 Kv 可调比R 流量特性 （重点2种）
阀门定位器（了解）
执行器的简单计算 安装
4、4、1概述 一、作用 执行器的作用是接受调节器送来的控制信号，自动地改变操作量（如介 质流量、热量等），达到对被调参数进行调节的目的。是自动调节系统的终端 部件。调节阀是执行器中最广泛使用的形式。执行器的好坏直接影响到调节系 统的正常工作。
3.可控硅交流开关Ⅰ、Ⅱ均截止时，伺服电机停止运转。
(3) 位置发送器
作用:将电动执行机构输出轴的位移线性地转换成反馈信号，反馈到 伺服放大器的输入端。 位置发送器包括：位移检测元件和转换电路、 差动变压器 塑料薄膜电位器 位移传感器 …… (4) 减速器 作用:将伺服电机高转速、小力矩的输出功率转换成执行机构输出 轴的低转速、大力矩的输出功率，以推动调节机构。