[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表
第四章过程控制仪表⏹本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-Ⅲ型调节器3.执行器4.可编程控制器⏹授课内容第一节概述✧过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。
在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。
过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。
过程控制仪表的分类：●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。
●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。
[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。
基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。
目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。
[单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。
使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。
特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。
它适用于各种企业的自动控制。
广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。
[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。
它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。
整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。
这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。
其中国产的TF型、MZ—Ⅲ型以及SPEC200等组装仪表即属此类控制仪表。
●按信号形式分类：模拟控制仪表和数字控制仪表两大类。
其中DDZ型仪表和QDZ型仪表都属于模拟控制仪表；SLPC可编程调节器、KMM可编程调节器、PMK可编程调节器等都属于数字控制仪表。
过程控制仪表的发展：过程控制仪表的主体是气动控制仪表和电动控制仪表，它们的发生和发展分别经历了基地式、单元组合式(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型)、组装式及数字智能式等几个阶段。
过程控制仪表的信号制与传输方式：为方便有效地把自动化系统中各类现场仪表与控制室内的仪表和装置连接起来，构成各种各样的控制系统，仪表之间应有统—的标准信号进行联络和合适的传输。
调节器（控制器）分类：●按能源形式可分电动、气动等●按信号类型可以分为模拟式和数字式两大类●按结构形式可分为基地式、单元组合式、组装式以及集散控制系统。
第二节DDZ-Ⅲ型调节器（模拟式控制器）1.有关DZZ-Ш型电动单元调节器的概述控制器（调节器）-----是控制系统的核心，它在闭环控制系统中根据设定目标和检测信息作出比较、判断和决策命令，控制执行器的动作。
控制器使用是否得当，直接影响控制质量。
控制器特性-----是指控制器的输出与输入之间的关系。
分析控制器的特性，也就是分析控制器的输出信号u(t)随输入情号e(t)变化的规律，即控制器的控制规律。
控制器的基本控制规律有比例、积分和微分等几种。
工业上所用的控制规律是这些基本规律之间的不同组合。
DDZ—Ш型电动单元调节器-----是模拟式控制器个较为常见的一种，它以来自变送器或转换器的1～5V 直流测量信号作为输入信号，与1～5V直流设定值早相比较得到偏差信号，然后对此信号进行PID运算后，输出l～5V或4～20mA直流控制信号，以实现对工艺变量的控制。
Ш型调节器的特点：●采用高增益、高阻抗线性集成电路组件，提高了仪表精度、稳定性相可靠性，降低了功耗。
●采用集成电路扩展了功能，在基型调节器的基础上可增加各种功能。
如非线性调节器可以解决严重非线性过程的自动控制问题，前馈调节器可以解决大扰动及大滞后过程的控制，还可以根据需要在调节器上附加一些单元，如偏差报警、输出双向限幅及其他功能的电路。
●整套仪表可以构成安全火花型防爆系统．而且增加了安全单元——安全栅，实现控制室与危险场所之间的能量限制和隔离。
●有软、硬两种手动操作方式，软手动与自动之间相互切换具有双向无平衡无忧动特性，提高了调节器的操作性能。
这是因为在自动与软手动之间有保持状态，此时调节器输出可长期保持不变，所以即使有偏差存在，也能实现无扰动切换。
所谓无扰动切换，是指调节器在不同操作方式切换瞬间保持输出值不变，这样调节阀的开度也将保持不变，不会内于调节器不同操作方式的切换引起被控变量发生变化，即不会产生干扰。
●采用国际标准信号制，现场传输信号为4～20mA直流电流，控制室联络信号为1～5V直流电压，信号电流和电压的转换电阻为250Ω。
Ш型调节器中的基型调节器类型：全刻度指示调节器、偏差指示调节器基型全刻度指示调节器的原理方框图：基型全刻度指示调节器的原理线路图：调节器结构组成：控制单元、指示单元●控制单元：输入电路(偏差差动和电平移动电路)、PID运算电路(由PD与PI运算电路串联)、输出电路(电压、电流转换电路)以及硬、软手操电路；●指示单元：测量信号指示电路、设定信号指示电路、内设定电路。
调节器的信号：●输入信号、内设定信号：1～5V直流电压；●外设定信号：4～20mA直流电流，（它经过250Ω精密电阻转换成1～5V直流电压）调节器的工作状态：有“自动”、“软手动”、“硬手动”及“保持”四种。
●“自动”状态：测量信号与设定信号通过输入电路进行比较，由比例微分电路、比例积分电路对其偏差进行PD和PI运算后，再经过电路转换为4～20mA直流电流，作为调节器的输出信号去控制执行器。
●“软手动”状态：可以通过选择键位调节器处于“保持’’(即它的输出保持切换前瞬间的数值)状态，或使输出电流可按快或慢两种速度线性地增加或减小，以对工艺过程进行手动控制。
●“硬手动”状态：调节器的输出与手操电压成比例，即输出值与硬手动操作杆的位置一一对应。
调节器的“正”、“反”作用：✧正偏差-----调节器中将偏差e定义为测量值与设定值之差（e＝y－r），在测量值大于设定值时。
✧负偏差-----测量值小于设定值。
✧“正”作用-----调节器的输出随着正偏差的增加而增加。
若是负偏差，情况相反。
✧“反”作用-----调节器的输出随着正偏差的增加而减小。
若是负偏差，情况相反。
2.输入电路作用：●一是将测量信号V i和设定信号V s相减，得到偏差信号，再将偏差放大两倍后输出；（其输出信号将送至比例微分电路。
）●二是电平移动，将以零伏为基准的V i和V s转换成以电平V B（10V）为基准的输出信号V O1。
电路图：电路分析：输入电路的传递函数：3.比例微分电路（PD）作用：●接收以10V电平为基准的偏差信号V O1，进行比例微分运算，其输出电压信号V O2送给比例积分电路。
电路图：电路分析：比例微分电路是由无源比例微分网络和比例运算放大器两部分组成的。
RC环节对输入信号进行比例微分运算，比例运算放大器起比例放大作用。
比例微分电路的传递函数：4.比例积分电路（PI）作用：●接收以10V为基准的PD电路的输出信号V O2，进行PI运算后，输出以10V为基准的l～5V电压V O3，送至输出电路。
电路图：电路分析：5.整机PID电路传递函数调节器的PID电路由输入电路、PD电路和PI电路三个环节串联组成。
其传递函数应是这三个环节传递函数的乘积。
调节器各项参数的取值范围：（略）由于相互干扰系数F的存在，实际的整定参数与刻度值之间存在换算关系。
6.输出电路作用：将PID电路输出的l～5V直流电压信号转换成4—20mA直流电流输出，它实际上是一个具有电平移动的电压—电流转换器。
电路图：电路分析：（略）7.手动操作电路手动操作电路分为硬手动操作和软手动操作两种形式，是在比例积分电路中附加手操电路实现的。
电路图：电路分析：（略）8.指示电路输入信号的指示电路与设定值信号的指示电路完全一样。
调节器采用双针电表，全量程地指示测量值和设定值。
偏差的大小有两个指针间的距离反映出来，在两针重合时，偏差为零。
电路图：电路分析：（略）第三节执行器1.有关执行器的概述执行器作用：接受调节器的控制信号，改变操纵变量，使生产过程按预定要求正常进行。
执行器安装在生产现场直接与介质接触。
执行器组成：由执行机构和调节机构组成。
执行机构是指根据调节器控制信号产生推力或位移的装置，调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，通常指调节阀。
执行器分类（按能源形式）：气动、电动、液动气动应用最广，电动次之。
气动：输入信号为0.02～0.1MPa的压力信号，其结构简单，维修方便，价格便宜，防火防爆，可以与QDZ、DDZ仪表配用，因而广泛使用。
电动：动作迅速，其信号便于远传，并便于与计算机配合使用，但不适用于防火防爆等生产场合。
上述三种执行器除执行机构不同外，所用的调节机构(调节阀)都相同。
2.电动执行机构电动执行器有直行程和角行程执行器两类。
电动执行机构的组成框图：电动执行机构的工作原理：来自调节器的I i作为伺服放大器的输入信号，它与位置反馈信号I f进行比较，其差值经放大后控制两相伺服电动机正转或反转，再经减速器减速后，改变输出轴即调节阀的开度(或挡板的角位移)。
与此同时，输出轴的位移又经位置发送器转换成电流信号，作为阀位指示与反馈信号I f。
当I f与I i相等时，两相电动机停止转动，这时调节阀的开度就稳定在与调节器输出(即执行器的输入)信号I i成比例的位置上。
电动伺服放大器：它由前置级磁放大器、触发器、交流可控硅开关、校正回路和电源等组成。
伺服电动机：包括永磁低速同步电动机、位置发送器和减速器等。
3.气动执行机构结构组成：膜片、推杆、平衡弹簧作用：是执行器的推动装置，推动调节机构动作。
它接受气动调节器或电—气阀门定位器输出的气压信号，经膜片转换成推力，克服弹簧力后，使推杆产生位移，同时可带动阀芯动作。
气动执行机构有正作用和反作用两种形式。
气动执行机构有薄膜式和活塞式等。
在工程上气动薄膜式应用最广。
气动执行的结构示意图：4.气动调节机构（调节阀）工作原理：根据流体力学的观点，调节阀是一个局部阻力可变的节流元件。
通过改变阀芯的行程可以改变调节阀的阻力系数，达到控制流量的目的。
种类：直通双座调节阀、直通单座调节阀、高压调节阀、低温调节阀、套筒调节阀、三通调节阀、角形调节阀、隔膜调节阀、蝶阀、小流量调节阀、球阀、低噪音调节阀等。
电子教案与课件：《过程控制及自动化仪表》电子课件 第四章 4.2
多转式电动执行机构的输出轴输出各种大小不等的 有效圈数，通常用于推动闸阀或由执行电动机带动 旋转式的调节机构，如各种泵等。
控制阀
1 控制阀（调节阀）结构
控制阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由 于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流 通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量 也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。
(f) 蝶阀
又名翻板（挡板）阀，如图411(f) 所示。它是通过杠杆带动挡板轴使挡 板偏转，改变流通面积，达到改变流 量的目的。蝶阀具有结构简单、重量 轻、价格便宜、流阻极小的优点，但 泄漏量大。适用于大口径、大流量、 低压差的场合，也可以用于浓浊浆状 或悬浮颗粒状介质的调节。
(g) 隔膜控制阀
执行机构 气动执行器的执行机构和机构主要分为薄膜式和活塞式。
薄膜式
活塞式
正作用形式: 信号压力增大, 推杆向下。 反作用形式: 信号压力增大, 推杆向上。
这种执行机构的输出位移 与输入气压信号成比例关系。 当压力与弹簧的反作用力平衡 时,推杆稳定在某一位置,信号 压力越大,推杆的位移量也越 大。(推杆的位移即为执行机 构的直线输出位移,也称行 程。)
气动：
气动执行器的执行机构和调节机构是统 一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两 类。活塞式行程长，适用于要求有较大推力 的场合，而薄膜式行程较小，只能直接带动 阀杆。化工厂一般均采用薄膜式。（习惯称 为气动调节阀)是用压缩空气为能源，结构简 单、动作可靠、平稳、输出推动力大、维修 方便、防火防爆、价格较低、广泛应用于化 工、炼油生产。
正作用：阀芯向下，阀杆向下，流通面积 减少。
[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表
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第四章过程控制仪表⏹本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-Ⅲ型调节器3.执行器4.可编程控制器⏹授课内容第一节概述✧过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。
在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。
过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。
过程控制仪表的分类：●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。
●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。
[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。
基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。
目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。
[单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。
使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。
特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。
它适用于各种企业的自动控制。
广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。
[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。
它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。
整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。
这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。
《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲
《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲英文名称：Automatic Instruments and Process Control 课程编号：适用专业：自动化学时： 54 学分： 3课程类别：专业方向课课程性质：限选课一、课程的性质和目的《自动化仪表及过程控制》是自动化专业的重要专业课。
本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上，同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识，通过本课程的学习，使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术。
二、课程教学内容概述主要内容：1、自动化仪表的概念及其发展；2、DDZ仪表及其控制系统；3、自动化仪表的基本性能指标。
第一章检测仪表基本内容和要求：1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法；2、掌握热电偶的测温原理及其应用；3、掌握热电阻的测温原理及其应用；4、理解温度变送器的基本结构；5、了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理；6、理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理；7、理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。
8、理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用；9、理解浮力式、静压式、电容式、超声式等常用液位测量原理；10、了解成分分析仪表的基本概念。
教学重点：1、常用温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表和成分仪表的工作原理及其应用。
2、分度表，分度号，热电偶的冷端延伸和冷端补偿，热电阻的三线制；3、差动电容压力变送器工作原理；4、差压流量计的流量公式；5、差压变送器的零点迁移原理。
第二章调节器基本内容和要求：1、重点掌握PID调节规律的原理及其应用；2、理解PID模拟电路的结构原理；了解二位式和连续调节仪表应用的基础知识；3、理解数字PID算法基本表达式及其原理；4、简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。
PID调节规律的原理及其应用；第三章集散控制系统和现场总线控制系统基本内容和要求：1、了解单回路可编程调节器的概念2、了解DCS系统的基本概念；3、理解DCS系统的结构特点及其组成；4、理解DCS控制站和操作站的功能；5、了解FCS系统的基本概念；第四章执行器和防爆栅基本要求1、熟炼掌握气动调节阀的基本结构、原理及其应用等基本概念；2、熟悉调节器流量特性的定义及其应用；3、理解和掌握气动执行器气开/气关的形式及其选择原则；4、了解电动执行器及电气转换器的基本原理；5、简单了解工业控制系统防爆的基本概念。
《过程控制与自动化仪表》习题答案
[标签:标题]篇一：自动化仪表与过程控制课后答案自动化仪表与过程控制课后答案0-1自动化仪表是指哪一类仪表？什么叫单元组合式仪表？自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表: 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表0-2DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压,电流信号输出标准是什么？在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处？P5 第二段0-3什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点？试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分？P5~60-4什么是仪表的精确度？试问一台量程为-100~100C,精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少？一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高x/(100+100)=0.5% x=1 摄氏度1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么叫热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。
b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。
c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。
d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。
1-2 热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？答：a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。
b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。
1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。
自动化仪表与过程控制课程设计
自动化仪表与过程控制课程设计引言自动化是现代科学技术的重要分支之一，是制造业和生产过程中提高企业自动化水平的重要手段。
而在自动化过程中，仪表的作用愈发重要，是自动化控制的重要组成部分。
因此，在工科专业中，自动化仪表与过程控制课程的设计至关重要。
本文将介绍一份适用于大学本科工科专业的自动化仪表与过程控制课程设计，主要针对课程设置、课程内容及教学方法进行说明。
课程设置本课程适用于大学自动化、机电、电子等工科专业及相关专业的本科生。
设置为必修课程。
课时数：64学时，分为48学时的理论课和16学时的实验课。
课程内容第一章仪表基础知识1.1 仪表的定义及分类1.2 量的概念1.3 误差及其类型1.4 仪表的精度1.5 温度补偿技术1.6 信号变换与传输第二章传感器2.1 传感器的概述2.2 压力传感器2.3 温度传感器2.4 液位传感器2.5 光电传感器2.6 传感器的选择和应用第三章过程控制基础3.1 进程控制的基本概念3.2 线性控制系统3.3 非线性控制系统3.4 离散控制系统3.5 工艺数学模型3.6 控制系统的组成要素第四章模拟控制技术4.1 信号的超前/滞后、反向作用及校正4.2 模拟控制系统的组成4.3 PID控制器4.4 模拟控制器的调节4.5 工业过程控制的典型应用第五章数字控制技术5.1 数字控制系统的组成5.2 采样定理及信号处理5.3 数字控制器5.4 数字化控制系统的参数调节5.5 数字化控制器的应用第六章实验6.1 传感器基本实验及性能测试6.2 测量实验6.3 PID控制实验6.4 数字化控制实验教学方法本课程采用理论授课与实验相结合的教学方法。
理论授课重点讲解基础理论知识，注重理论与实际应用的结合，引导学生了解自动化及仪表测控原理，为后续应用理论打下基础。
实验课重点围绕课程内容，从器件的使用、检测及调整、故障分析与处理等角度进行讲解，让学生实际操作并获得实际经验。
在平时教学过程中，老师应设置互动环节，引导学生思考、发问、交流，以达到更好的教学效果。
《自动化仪表与过程控制》课程教案
大学教案(首页)院(系)：电子工程教研室(系)：自动化大学教案学时：2学时：4学时：4大学教案学时：2本章思考题和习题习题：1-5思考题：哪一种形式的仪表是根据压电效应实现压力测量的思考题：电容式差压变送器测量部分如图所示，问其中哪部分是作为测量膜片的电容动极片？主要参考资料范玉久.《化工测量及仪表》.化学工业出版社吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2本章思考题和习题某流量自动控制系统，用纯比例控制器进行控制。
图示为采用不同比例度时系统的过渡过程（其中曲线b、c为比较满意的控制结果）。
试判断四条过渡过程曲线中哪一条对应的比例度最大？A 曲线aB 曲线bC 曲线cD 曲线d主要参考资料历玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社赵玉珠，《测量仪表与自动化》，石油大学出版社张宝芬，《自动检测技术及仪表控制系统》，化学工业出版社周泽魁，《控制仪表与计算机控制装置》，化学工业出版社康光华，《电子技术基础》，高等教育出版社备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2本章思考题和习题习题：4-3，4-5思考题：图为贮罐液位控制系统，为安全起见，贮罐内液体严禁溢出。
当选择流出量Q 为操纵变量时，其控制阀和控制器分别应如何选择作用方向？（A）气关式、正作用（B）气开式、正作用（C）气关式、反作用（D）气开式、反作用主要参考资料历玉鸣.《化工仪表自动化》.第三版. 化学工业出版社吴九辅.《仪表控制系统》.石油工业出版社刘巨良.《过程控制仪表》.化学工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编《.注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：241。
过程控制与自动化仪表
过程控制与自动化仪表1. 引言过程控制与自动化仪表是现代工业生产中不可缺少的一部分，它们在监测、控制和优化工业过程中起着重要的作用。
过程控制与自动化仪表技术的应用可以提高工业生产的效率、质量和安全性，减少人力资源的消耗，实现工业自动化。
本文将介绍过程控制与自动化仪表的基本概念、发展历程以及在工业生产中的应用。
同时还会讨论一些常见的过程控制与自动化仪表的类型和工作原理，以及它们在不同行业中的具体应用案例。
2. 过程控制与自动化仪表基本概念过程控制与自动化仪表是指一系列用于监测、控制和调节工业过程的设备和系统。
它们可以通过测量和分析过程变量，控制工艺参数并实现自动化控制。
通过使用合适的传感器、执行器和控制算法，可以实现对工业过程的精密控制和优化。
过程控制与自动化仪表主要由以下几个组成部分构成：•传感器：用于测量各种物理量，如温度、压力、流量等；•控制器：根据传感器测量值和设定值进行逻辑运算，生成控制信号；•执行器：接收控制信号，并执行相应的动作，如开关、阀门等；•监控系统：用于监视和记录工业过程中的各种参数和状态；•人机界面：提供工业过程的可视化显示和人机交互界面。
3. 过程控制与自动化仪表的发展历程过程控制与自动化仪表的发展可以追溯到工业革命时期。
在工业革命之前，工业生产主要依靠人工操作，效率低下且易出错。
随着机械设备和工业化的发展，工业生产越来越复杂，对自动化控制的需求也越来越迫切。
20世纪初，工程师们开始研究和开发过程控制与自动化仪表技术。
最早的控制系统是基于机械和电气设备的。
随着电子技术的发展，电子仪表逐渐取代了机械仪表，实现了对工业过程更加精确的控制。
到了20世纪中叶，随着计算机技术的进一步发展，数字化控制系统开始应用于工业生产。
数字化控制系统通过采集和处理大量数据，实现了对工业过程的智能化控制，并提高了系统的可靠性和稳定性。
近年来，随着互联网和物联网技术的快速发展，过程控制与自动化仪表也越来越趋向于网络化和智能化。
自动化仪表及过程控制教材
流通能力（流量系数）C
Q C 10p
•C的物理意义：在阀门全开状态下， Δp=100KPa,ρ=1000kg/m3时的流量 (m3/h)。 •C直接反映了流体流过阀门的能力， •同样条件下C大的阀门，Q大。
TANGNAN
调节阀的可调比R（可调范围）
•R指所能控制的最大流量和最小流量之比， 它反映了阀门的调节能力。 •目前工程上常用的调节阀的理想可调比有 30和50两种。
（D）气开式、反作用
TANGNAN
第4章执行器和防爆栅
练习：图为贮罐液位控制系统，为安全起见，贮罐
内液体严禁溢出。当选择流出量Q为操纵变量时，
其控制阀和控制器分别应如何选择作用方向？
（A）气关式、正作用
（B）气开式、正作用
（C）气关式、反作用
（D）气开式、反作用
答：（C）
TANGNAN
第4章执行器和防爆栅
TANGNAN
全开阀阻比
TANGNAN
由于Δpg的存在， 使理想特性变为
工作特性
管道串联时调节阀的工作特性
TANGNAN
工程中调节阀口径的确定
基本步骤 •确定工艺最大流量Qmax •确定最大流量时的阀压降ΔPTmin并计算S值 •计算流量系数C •进行必要的修正 •查找合适的Cg（保证Cg≥C） •代入Cg验算 •由Cg查找相应公称通经Dg和阀座直径Dg产 品
15、一年之计，莫如树谷；十年之计 ，莫如 树木； 终身之 计，莫 如树人 。2021年6月上 午10时 23分21.6.1810:23June 18, 2021
16、提出一个问题往往比解决一个更 重要。 因为解 决问题 也许仅 是一个 数学上 或实验 上的技 能而已 ，而提 出新的 问题， 却需要 有创造 性的想 像力， 而且标 志着科 学的真 正进步 。2021年6月18日星期 五10时 23分25秒10:23:2518
《自动化仪表与过程控制(第四版)》读书笔记模板
6.1概述 6.2对象动态特性对调节质量的影响及调节方案的确定 6.3调节规律对系统动态特性的影响、调节规律的选择 6.4调节器参数的实验整定方法 复习思考题
7.1串级调节系统 7.2比值调节系统 7.3均匀调节系统 7.4前馈调节系统 复习思考题
8.1多变量解耦控制系统 8.2推理控制系统 8.3预测控制系统 复习思考题
2.1调节器的调节规律 2.2 PID运算电路 2.3 PID调节器的阶跃响应和频率特性 2.4 PID调节器的线路实例 2.5数字控制算法 2.6可编程序调节器 复习思考题
3.1集散控制系统的发展及其组成 3.2 DCS现场控制站的功能 3.3 DCS操作站的功能 3.4现场总线技术 3.5基金会现场总线的用户应用 3.6典型现场总线控制系统举例 复习思考题
目录分析
第1章检测仪表
自动化仪表概述
第2章调节器
第3章集散控制 系统与现场总 线控制系统
第4章执行器和 防爆栅
0.1自动化仪表及其发展概况 0.2电动单元组合仪表及其控制系统的组成 0.3仪表的基本技术指标 复习思考题
1.1温度检测仪表 1.2压力检ห้องสมุดไป่ตู้仪表 1.3流量检测仪表 1.4液位检测仪表 1.5成分分析仪表 复习思考题
自动化仪表与过程控制（第四版）
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 精彩摘录
目录
02 内容摘要 04 读书笔记 06 作者介绍
思维导图
本书关键字分析思维导图
工业
调节器
仪表
仪表
调节器
特性
动态
过程
系统
控制 系统
仪表
版
控制
过程
第章
《过程控制与自动化仪表(第3版)》第4章 思考题与习题
第4章思考题与习题1．基本练习题（1）什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？为什么要研究过程的数学模型？目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种？答：1）过程控制特性指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。
2）被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。
3）目的：○1设计过程控制系统及整定控制参数；○2指导生产工艺及其设备的设计与操作；○3对被控过程进行仿真研究；○4培训运行操作人员；○5工业过程的故障检测与诊断。
4）机理演绎法和实验辨识法。
（2）响应曲线法辨识过程数学模型时，一般应注意哪些问题？答：1）合理地选择阶跃输入信号的幅度，幅值不能过大以免对生产的正常进行产生不利影响。
但也不能太小，以防其他干扰影响的比重相对较大而影响试验结果。
一般取正常输入信号最大幅值的10%；2）试验时被控过程应处于相对稳定的工况；3）在相同条件下进行多次测试，消除非线性；4）分别做正、反方向的阶跃输入信号试验，并将两次结果进行比较，以衡量过程的非线性程度；5）每完成一次试验后，应将被控过程恢复到原来的工况并稳定一段时间再做第二次试验。
（3）怎样用最小二乘法估计模型参数，最小二乘的一次完成算法与递推算法有何区别？答：1）最小二乘法可以将待辨识过程看作“黑箱”。
利用输入输出数据来确定多项式的系数利用)hke=θ来确定模型参数。
k T+)((y k()2）区别：一次完成要知道所有的输入输出数据才能辨识参数，即只能离线辨识。
递推算法可以只知道一部分数据即进行辨识，可用于在线辨识。
（4）图4-1所示液位过程的输入量为1q ，流出量为2q 、3q ，液位为h 被控参数，C 为容量系数，并设1R 、2R 、3R 均为线性液阻。
要求：1）列写过程的微分方程组； 2）画出过程的方框图；3）求过程的传递函数01()()/()G s H s Q s =。