过程装备控制技术及应用2015第五章(3).
过程装备控制技术及应用教学课件
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ymax
y
ymax
y
y ymax
ymin
ymin
ymin
0 (a) 未迁移
xmax
x
0
x min
xmax
x
x min
(b) 正迁移
max 0 x (c) 负迁移
x
变送器零点迁移前后的输入输出特性 由上图可以看出，零点迁移以后，变送器的输入输出特性沿x 坐标向右或向左平移了一段距离，其斜率并没有改变，即变送 器的量程不变。
参数转换成统一标准信号，其性能也完全取决于所采用的硬件。
从构成原理来看，模拟式变送器由测量部分，放大器和反馈部 分三部分组成。
零点调整 零点迁移
如图所示：在放大器的输 入端还加有调零与零点迁 移信号Z0
x
Ki
测量部分
Zi
+ Zf
放大器
K Kf
y
反馈部分
模拟式变送器的构成原理图
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测量部分：包括检测元件， 其作用是检测x，并将其转换 成放大器可以接受的信号Zi ， Zi可是电流、电压、位移和作 用力等，由变送器的类型决 定。
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五.差压变送器
1、差压变送器的工作原理
差压变送器的基本原理：是将一个空间用敏感元件（ 多用膜盒）分割成两个腔室，分别向两个腔室引入压 力时，传感器在两方压力共同作用下产生位移（或位 移的趋势），这个位移量和两个腔室压力差（差压） 成正比，将这种位移转换成可以反映差压大小的标准 信号输出。 实际构造中，敏感元件的结构，腔室的形
过程控制装置与被控对象构成了过程控制系统的
基本要素。过程式控制装置必须由测量变送单元、 调节器和执行器（如调节阀）三个环节组成 。由 于工业过程式的复杂性，在进行过程控制系统设 计时，必须根据过程特性和工艺要求，通过合理
常州大学过程装备控制技术及应用重点(删减版)
过程装备控制技术及应用习题及参考答案第一章 控制系统的基本概念9.试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n →∞ 时的过度过程曲线？答：如图所示：第二章 过程装备控制基础6.什么是调节器的控制规律？调节器有哪几种基本控制规律？答：调节器的控制规律是指调节器的输出信号随输入信号变化的规律或是指控制器的输出信号P 与输入偏差信号e 之间的关系。
常用的基本调节规律有：位式，比例，积分，微分等，以及它们的组合控制规律如PI ，PD ，PID 。
15．调节器控制规律选择的依据是什么？答：关于控制规律选取可归纳为以下几点：① 简单控制系统适用于控制负荷变化较小的被控变量，如果负荷变化较大，无论选择哪种调节规律，简单控制系统都很难得到满意的控制质量，此时，应设计选取用复杂的控制系统。
② 在一般的控制系统中，比例控制是必不可少的，当广义对控制通道时间常数较少，负荷变化较小，而工艺要求不高时，可选择单纯的比例规律，如贮罐液位，不太重要的压力等参数控制。
n<1，发散振荡n 〉1，衰减振荡 n=1，等幅振荡 n →∞，单调过程③ 当广义对象控制通道时间常数较，负荷变化较小，而工艺要求无余差时，可选用比例积分调节规律，如管道压力，流量等参数的控制。
④ 当广义对象控制通道时间常数较大或容量滞后较大时，应引入微分作用，如工艺充许消除余差，可选用比例微分调节规律；如工艺要求无余差时，则选用PID 调节规律，如温度，成分，PH 等参数控制。
⑤ 如果被控对象传递参数可用 近似，则可根据对象的可控比t/T 选择哪个调节器的调节规律。
当t/T 时，选用P 或PI ；当 时，选PD 或PID ；当 时，采用简单控制系统往往不能满足控制要求，这时应选用复杂控制系统。
第三章 过程检测技术13用两只分度号为K 的热电偶测量A 区与B 区的温差，连接方法如图3－79所示。
若（1） 0220A t C = ， 020B t C =（2）0200A t C =， 0500B t C =试分别求两种情况下的示值误差,并解释为何与实际温差不同.解:查热电偶分度号表:K 型热电偶:20℃ 200℃ 220℃ 500E: 0.798mv 8.137mv 8.937mv 20.640mv(1) ΔE=8.938-0.798=8.140mv反查K 热电偶分度号表: 201℃-----8.177mv内析求得: Δt=200.075℃(2) ΔE=20.640-8.137=12.503℃反查K 分度号表:307----12.498℃; 308----12.539℃内析求得: Δt=307.12℃分析原因:低温度下热电势与温度线性关系较好,高温时误差较大。
过程装备控制技术及应用课程教学大纲
《过程装备控制技术及应用》课程教学大纲课程编号：04021006课程名称：过程装备控制技术及应用英文名称：Control Technique and Application of Process Equipment课程类型：必修课课程性质：专业课总学时：48 讲课学时：42 实验（实践）学时：6学分：3适用对象：过程装备与控制工程专业全日制本科生先修课程：普通物理、电工与电子技术基础、大学计算机基础、化工原理一、编写说明（一）制定大纲的依据依据教育部过程装备与控制工程专业教学指导分委员会制定的过程装备与控制工程专业培养方案，并参照本学科专业人才培养规格与培养模式的要求进行编写。
（二）课程简介本课程主要讲授过程装备控制系统组成、结构、分类及性能指标；被控对象特性、简单控制系统和复杂控制系统；压力、温度、流量、液位、物质成分等参数的测量原理、方法及应用；传感器、过程控制变送器、调节器、执行器；计算机控制系统，先进控制系统；典型过程控制系统应用方案；培养“过程—装备—控制”一体化的复合型专业技术人才。
（三）课程的地位与作用本课程是过程装备与控制工程专业的主干专业课程之一，可以使本专业的学生将过程工艺、过程机械、计算机自动测试、控制、自动化等方面的知识有机的结合在一起；培养具有多学科知识与技能的复合型人才；本课程与其他专业课程（化工原理、过程设备设计、过程流体机械）互相联系，构成过程装备与控制工程的主干专业课程体系。
（四）课程性质、目的和任务课程性质：过程装备与控制工程专业（本科）的主干专业课程。
课程目的：通过教学过程使学生掌握过程控制的基本理论、过程检测技术方法及检测仪表、过程控制装置组成、工作原理及技术性能、化工过程典型控制系统应用方案。
课程任务：培养学生对过程装备进行控制方案分析、控制系统设计及先进控制技术的应用和开发能力。
（五）与其他课程的联系本课程学习需具备微机原理及电子技术基础知识，与其他课程（化工原理、过程设备设计、过程流体机械等）互相联系、渗透，相辅相承，构成专业课程体系。
过程装备控制技术与其应用
变被控对象的操纵变量q(t), 使被控变量
受到控制。
偏差
控制
信号
e(t)
+
控制器
u(t)
r(t)
(调节器)
给定
－
ym(t)
显示仪表
操纵 变量
执行器 q(t)
检测元件及 变送器
（检测仪表）
干扰 f(t)
被控对象
y(t)
被控 变量
1. 分类方法
– 按被控变量来分类，如温度、压力等控制系 统；
– 按控制器具有的控制规律来分类，如比例、 比例积分、比例微分、比其例中积第分三种微分分类方等法控最制普遍 系统；
– 将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变 量的给定值是否变化和如何变化来分类，这 样可将自动控制系统分为三类，即定值控制 系统、随动控制系统和程序控制系统。
3.各部分作用和基本术语
(1 )被控对象 被控对象是指被控制的生产设备或
装置, 如上述其水位受控制的储罐和锅 炉汽包。
常见的被控对象有塔、加热炉、 分馏塔、反应釜、干燥炉、压缩机、旋 转窑、换热器、储存物料的槽、罐以及 传送物料的管段等。
图中用一个“被控对象”方框来表 示, 其输出就是生产过程中所要保持恒 定的变量,例如液位等。 在控制系统中
被控对象检测仪表控制器执行器显示仪表根据需要可选执行器显示仪表根据需要可选控制器调节器被控对象检测元件及变送器检测仪表执行器显示仪表干扰控制信号操纵变量被控变量给定其他控制系统用同一种形式地方块图可以代表不同的控制系统图14蒸汽加热器温度工艺控制图当进料流量或温度变化等因素引起出口物料温度变化时可以将该温度变化测量后送至温度控制器tc
过程装备控制技术及应用习题及参考答案（精品pdf）
过程装备控制技术及应用习题及参考答案第一章控制系统的基本概念1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。
主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。
自动控制系统常用的术语有：被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m-y s控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。
其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。
采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。
而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
过程装备控制技术及应用
过程装备控制是指在过程设备上，配上一些自动化装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动，使设计制造、装配、安装等在不同程度上自动的进行。
生产过程自动化系统所包含的内容：自动检测系统、信号连锁系统、自动操作系统、自动控制系统。
工业生产对过程装备控制的要求是多方面的，最终可概括为三项要求：安全性、经济性和稳定性。
安全性是指在整个生产过程中，确保人身和设备的安全，这是最重要也是最基本的要求。
控制系统的分类：1、按给定值的特点划分：定值控制系统，随动控制系统、程序控制系统2、按系统输出信号对操纵变量的影响：闭环控制、开环控制；3、按系统的复杂程度划分：简单控制系统、复杂控制系统；4、按系统克服干扰的方法：反馈控制、前馈控制、前馈-反馈控制系统。
控制系统的过渡过程：发散振荡过程、等幅振荡过程、衰减振荡过程、非振荡的单调过程。
控制系统的性能指标：1、一阶跃响应曲线形式表示的质量指标：最大偏差A(超调量σ)、衰减比n 、回复时间t s 、余差e(∞)、震荡周期T 。
2、偏差积分性能指标：平方误差积分指标（ISE ）j = e 2∞0(t )dt →min 、时间乘平方误差积分指标(ITSE)：J = te 2∞0(t )dt →min 、绝对误差积分指标(IAE):J = e (t ) dt →min ∞0、时间乘绝对误差积分指标(ITAE)J = t e (t ) dt →min ∞被控对象的特性，就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小、速度等）。
被控对象的特性参数有：放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ放大系数：是被控对象重新达到平衡的输出变化量与输入变化量之比。
对控制通道，放大系数适宜最好；对干扰通道越小越好。
时间常数：反应了被控对象受到输入作用后，输出变量达到新稳态值的快慢，他决定了整个动态过程的长短。
对控制通道，时间常数T 大，被控变量变化缓慢，时间常数小，被控变量变化速度快，不易控制，所以适宜最好。
过程装备控制技术及应用
3、简述弹簧管压力计弹簧管结构特点与测压原理？ 弹簧压力计的测压原理是利用弹簧管在被测压力作用下产生变形，使自由端产生位移，经放大机构使指针偏转，从而指示出相应的压力值。
弹簧压力计主要是由弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头组成。
4、试比较节流装置与转子流量计在工作原理与使用特点上的异同点？5、压差式液位计如何测量液位？当压差变送器高于或低于最低液位时，应如何处理？ 使用已系列化，测量时若介质变化，应修正，可测小流量，结构简单，维修方便，压力损失小。
缺点：机械传逆信号，仪表性能和准确度难以提高，转子易卡死，测量管径范围4~150mm,测量范围：0.001~3000m3/h, 精度±1~2.5%7、对于一台现有的气动薄膜式执行器，可以通过那些方法来改变它的气开，气关形式？ 答：一般可以通过下列三种方法来较方便的改变气动薄膜式执行器的气开，气关形式。
如图所示是直通双座控制阀与执行机构的正反作用和控制阀的正装，反装组合而定的。
其中图（a ）（b ）都是气关阀，因为随着气压信号的增加，这两种情况下，阀芯与阀座之间的流通面积都是减小的，故是气关型控制阀。
（b ）（c ）都是气开阀，因为随着气压信号的增加，阀芯与阀座之间的流通面积都是增加的。
改变阀芯的正装，反装方式，可以改变控制阀的气开，气关形式。
例如图（a ）的阀芯是正装的，为气关阀，如果将阀芯反装，便成了图（d ），c 为气开阀，d 为气关阀。
在条件允许时，通过改变执行机构的正反作用也可以改变控制阀的气开，气关形式。
当气体压力从膜片上方引进时，为正作用执行机构，如果将气体压力改为从膜片下方引进时，就可以将执行机构由正作用改为反作用。
相应就可以改变控制阀的气开，气关形式。
另外，通过改变阀门定位器中的凸轮安装方式，可以改变引入膜头的气压信号的变化方向与控制器来的气压信号的变化方向之间的关系。
例如控制器来的信号增加时，凸轮正装，膜头上的气压信号如果是增加的，若将凸轮反装，膜头上的气压信号就会减小。
过程装备控制技术及其运用
1.过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求：安全性、经济性和稳定性.A.安全性:指整个生产过程中确保人身和设备的安全B.经济性:指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生产成本低而效率高C.稳定性:指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力.2.过程装备控制的主要参数过程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等.3.流程工业四大参数流程工业四大参数：温度、压力、流量、液位（或物位）4.控制系统的组成控制系统的组成:(1)被控对象(2)测量元件和变送器(3)调节器(4)执行器5.控制系统各参量及其作用控制系统各参量及其作用:1.被控变量y指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信号2.给定值（或设定值)ys对应于生产过程中被控变量的期望值3.测量值ym由检测元件得到的被控变量的实际值4.操纵变量（或控制变量）m受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号5.干扰（或外界扰动）f引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素6.偏差信号e在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差7.控制信号u控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
6.控制系统的分类（1）控制系统的分类：按给定值a定值控制系统；随动控制系统；程序控制系统（2）b c按输出信号的影响a闭环控制；b开环控制（3）按系统克服干扰的方式a反馈控制系统；b前馈控制系统；c前馈-反馈控制系统7.控制系统过度过程定义控制系统过度过程定义：从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。
8.阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点（1）发散振荡过程：这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：过渡过程，因此要尽量避免（2）等幅振荡过程：被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用（3）衰减振荡过程：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：是一个稳定的过渡过程，但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。
过程装备控制技术及应用复习题1-10页
《过程装备控制技术及应用》（本）课后复习题第一章控制系统的基本概念一、填空题1、评定过渡过程的性能指标主要有。
2、自动控制系统按设定值的不同形式可分为、、等控制系统。
3、过程控制系统基本组成是、、和等环节。
二、判断题1、系统的过渡时间短，则调节系统能及时克服干扰作用，调节质量就越高。
（）2、余差是指调节过程结束后，被调参数稳定值与测量值之差。
（）三、选择题1、系统的衰减一般为时最好。
A．20︰1 B. 8︰1 C. 4︰12、系统过渡过程中的最大偏差是指调节过程中出现的最大差值。
A．被调参数指示值与给定值的 B. 被调参数指示值与测量值的C. 新的稳定值与给定值的四、简答题1、在阶跃扰动作用下，自控系统的过渡过程有哪些基本形式？其主要品质指标有哪些？2、化工自动化主要包括哪些容？3、自动控制系统主要由哪些环节组成？4、图1-1为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
图1-1 某列管式蒸汽加热器控制流程图[P16，图1-17]5、在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？6、图1-2为一组在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线。
⑴指出每种过程曲线的名称。
⑵试指出哪些过程曲线能基本满足控制要求？哪些不能？为什么？图1-2 过渡过程曲线7、试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n→∞时的过度过程曲线？五、计算题某化学反应器工艺规定操作温度为(800±10)℃。
为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。
现运行的温度控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1-3所示。
⑴分别求出最大偏差、余差、衰减比、过渡时间(温度进入按±2%新稳态值即视为系统已稳定来确定)和振荡周期。
⑵说明此温度控制系统是否满足工艺要求。
图1-3 温度控制系统过渡过程曲线第二章过程装备控制基础一、填空题1、按对象静态特性选择调节参数时，调节通道放大倍数越大，则克服干扰能力就越。
过程装备控制技术及应用PPT课件
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人工控制
阀门
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自动控制
执行器
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人工控制与自动控制的比较
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控制系统的组成
执行器
1.被控对象
工艺变量需要控制的生产设备或机器。
2.测量元件及变送器
测量需要控制的工艺参数并将其转化为一种 特定信号（电流信号或气压信号）的仪器。
不将控制的结果反馈回来影响当前控 制的系统 。
举例：打开灯的开关——按下开关后 的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮 起已对按开关的这个活动没有影响 。
两者的判断区别：开环控制一般是在瞬间就完成的控制活动，闭环控制一定会持 续一定的时间。
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3.按系统的复杂程度划分
简单控制系统 复杂控制系统
差保持在规定范围内。这种系统在军事上应用最为普遍.如雷达天线控制 系统等。
③程序控制系统
程序控制系统的给定值也是不断变化的信号，但是这种 变化是一个已知的函数，即给定值按一定的时间程序变化。
如程序控制机床的程序控制系统的输出量应与给定量的变化规律相同。
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闭环控制
2.按系统输出信号对操纵变量影响划分
4.时间乘平方误差偏积分指标（ITSE）
ITSE指标兼有ISE治标和ITAE指标的特点，用它来 调整控制器参数，可以得到比较理想的结果。
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作业 1
课本 Page13： 2、6 Page14： 7、9
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