过程控制仪表基本知识
过程控制及自动化仪表总结
练习题
一台具有比例积分控制规律的DDZ-III型控制器， 其比例度δ为200%时，稳态输出为5mA。在某瞬 间，输入突然变化了0.5 mA，经过30s后，输出由 5mA变为6mA，试问该控制器的积分时间TI为多 少？
比例积分控制器，列写出PI控制算式。KP =1， TI=2分钟，当输入是幅值为A的阶跃信号时，2分 钟后输出的变化量是多少？
练习题
什么是仪表的测量范围及上、下限和量程？彼此 有什么关系？
练习题
什么是仪表的测量范围及上、下限和量程？彼此 有什么关系？ 用于测量的仪表都有测量范围，测量范围的最 大值和最小值分别称为测量上限和测量下限， 量程是测量上限值和测量下限值的差，用于表 示测量范围的大小。 已知上、下限可以确定量程，但只给出量程则 无法确定仪表的上、下限以及测量范围。
4、简单控制系统
n 了解简单控制系统的结构、组成及作用 n 掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般 原则 n 了解各种基本控制规律的特点及应用场合 n 掌握控制器正、反作用确定的方法 n 掌握控制器参数工程整定的方法
主要内容
★分析给定的系统 ★制定控制方案 被控对象、被控变量、操纵变量、执行器、控制器 ★画出控制系统的方框图 ★选择执行器的气开、气关 ★选择控制器的控制规律
差压式液位计的工作原理是什么？当测量密闭 有压容器的液位时，差压计的负压室为什么一定 要与气相相连接？
练习题
差压计三阀组的安装示意图如图所示， 它包括两个切断阀和一个平衡阀。 安装三阀组的主 要目的是为了在开 停表时，防止差压计单向受到很大的 静压力，使仪表产生附加误差，甚至 损坏。为此，必须正确地使用三阀组。 具体步骤是：
★选择控制器的正作用、反作用
[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。
DCS及仪表基础知识
一、DCS----分布式控制系统1、什么是DCS？DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。
2、DCS有什么特点？DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。
DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。
操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。
因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。
3、DCS的结构是怎样的？上图是一个较为全面的DCS系统结构图，从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。
过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。
操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。
管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。
4、DCS的控制程序是由谁执行的？DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。
5、过程控制站的组成如何?DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成。
6、什么是DCS的开放性？DCS的开放性是指DCS能通过不同的接口方便地与第三方系统或设备连接，并获取其信息的性能。
这种连接主要是通过网络实现的，采用通用的、开放的网络协议和标准的软件接口是DCS 开放性的保障。
7、什么是系统冗余？在一些对系统可靠性要求很高的应用中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保证了系统不间断工作。
通常设计的冗余方式包括：CPU冗余、网络冗余、电源冗余。
在极端情况下，一些系统会考虑全系统冗余，即还包括I/O冗余。
过程控制仪表.详解
过程控制 3、按结构形式分类
单元组合式仪表 基地式仪表 集散型计算机控制系统
现场总线控制系统
过程控制
单元组合式仪表： 根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求，将仪表做 成能实现一定功能的独立仪表（称为单元），各个仪表之间 用统一的标准信号进行联系。 将各种单元进行不同组合，可以构成多种多样、适用于各种不 同场合需要的自动检测或控制系统。 有电动单元组合仪表（DDZ）和气动单元组合仪表（QDZ）两 大类。都经历了I型、II型(010mA) 、III型(420mA, 15v)的 三个发展阶段。
最简单的电动执行器称为电磁阀
其它连续动作的电动执行器都使用电动机作动力元件，将
调节阀的信号转变为阀的开度 + 伺服电动机 伺服放大器 －
减速器
位置发生器
电动执行机构的构成框图
三、调节阀的气开和气关
1、执行机构与调节机构的组合
过程控制
气开阀：在有信号压力输入时阀打开、无信号压力时阀全关 气关阀：在有信号压力时阀关闭，无信号压力时阀全开 从控制系统角度出发，气开阀为正作用，气关阀为反作用
4、数学运算
过程控制
当检测信号与被控变量之间有一定的函数关系时，需要进行数 学运算获得实际的被控变量数值。
5、信号报警
如果检测变送信号超出工艺过程的运行范围，就要进行信号 报警和连锁处理。
6、数字变换
例如快速傅里叶变换、小波变换； 在计算机控制系统中，模数转换和数模转换时经常使用的。
3.3 执行器
过程控制
温度变送器 压力变送器 将各种被测参数变换成相 应的标准统一信号传送到 接收仪表或装置，以供显 示、记录或控制
过程控制系统与仪表复习材料
过程控制系统与仪表复习材料四、简答题：1、过程控制系统按其基本结构形式可分为⼏类?其中闭环系统中按设定值的不同形式⼜可分为⼏种?答：过程控制系统按其基本结构形式可分为闭环⾃动控制系统和开环⾃动控制系统。
在闭环控制系统中，按照设定值的不同形式⼜可分为： (1)定值控制系统 (2)随动控制系统 (3)程序控制系统2、试述热电阻测温原理，常⽤热电阻的种类有哪些？0R 各为多少？答：热电阻温度计是利⽤⾦属导体的电阻值随温度变化⽽变化的特性来进⾏温度测量的，只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的⽬的。
⼯业上常⽤的热电阻有：铂电阻，铜电阻。
⽬前⼯业上使⽤的铂电阻有两种：⼀种是0R =10Ω；另外⼀种是0R =100Ω。
⼯业上使⽤的铜电阻也有两种：⼀种是0R=50Ω；另⼀种是0R =100Ω。
3、试述过程控制系统中常⽤的控制规律及其特点。
答：控制系统中常⽤的控制规律有⽐例(P)、⽐例积分(PI)、⽐例积分微分(PID)控制规律。
⽐例控制规律是控制器的输出信号与它的输⼊信号(给定值与测量值的偏差)成⽐例。
它的特点是控制及时，克服⼲扰能⼒强，但在系统负荷变化后，控制结果有余差。
⽐例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输⼊信号成⽐例，⽽且与输⼊信号对时间的积分成⽐例。
它的特点是能够消除余差，但是积分控制作⽤⽐较缓慢、控制不及时。
⽐例积分微分控制规律是在⽐例积分的基础上再加上微分作⽤，微分作⽤是控制器的输出与输⼊的变化速度成⽐例，它对克服对象的容量滞后有显著的效果。
4、何为控制阀的理想流量特性和⼯作流量特性？常⽤的调节阀理想流量特性有哪些？答：阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性；在实际使⽤过程中，阀前后的压差会随阀的开度的变化⽽变化，此时的流量特性称为⼯作流量特性。
常⽤的调节阀理想流量特性有：直线流量特性、等百分⽐(对数)流量特性、快开特性。
5、控制器参数整定的任务是什么?⼯程上常⽤的控制器参数整定有哪⼏种⽅法?答：控制器参数整定的任务是：根据已定的控制⽅案，来确定控制器的最佳参数值(包括⽐例度δ积分时间1T 微分时间D T )，以便使系统能获得好的控制质量。
过程控制系统与仪表知识点归纳
检测的基本方法：1接触式与非接触式;2直接、间接与组合测量；3偏差式、零位式与微差式测量..检测仪表的组成：传感器;变送器;显示仪表;传输通道绝对误差Δ：被测量的测量值xi与真值x0之差..即Δ=xi- x0系统误差、随机误差和粗大误差温标三要素：温度计、固定点和内插方程温标不是温度标准;而是温度标尺的简称测温方法及分类：1接触式：测温元件与被测对象接触;依靠传热和对流进行热交换..2非接触式：测温元件不与被测对象接触;而是通过热辐射进行热交换;或测温元件接收被测对象的部分热辐射能;由热辐射能大小推出被测对象的温度..热电偶测温原理两种不同的导体或半导体材料A和B组成闭合回路;如果两个结合点处的温度不相等;则回路中就会有电流产生;这种现象叫做热电效应..热电势由两部分组成：温差电势和接触电势..热电动势1只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶;且两端温度必须不同；2热电势的大小;只与组成热电偶的材料和材料两端连接点处的温度有关;与热电偶丝的大小尺寸及沿程温度分布无关..热电偶的基本定律一均质材料定律二中间导体定律三中间温度定律四参考电极定律热电偶结构：热电极、绝缘套管、保护管和接线盒 S、R、B三种热电偶均由铂和铂铑合金制成;称贵金属热电偶..K、N、T、E、J五种热电偶;是由镍、铬、硅、铜、铝、锰、镁、钴等金属的合金制成;称为廉价金属热电偶热电偶的冷端补偿：冰点法;计算法;冷端补偿器法;补偿导线法可将热电偶的参比端移到离被测介质较远且温度比较稳定场合补偿原理：不平衡电动势Uba补偿抵消热电偶因冷端温度波动引起的误差..压力检测方法：1 弹性力平衡法2 重力平衡方法3 机械力平衡方法4物性测量方法弹性元件：弹簧管;弹性膜片;波纹管霍尔压力传感器：属于位移式压力差压传感器..它是利用霍尔效应;把压力作用所产生的弹性元件的位移转变成电势信号;实现压力信号的远传..压电式传感器：是一种典型的发电型传感器..它以某些电介质的压电效应为基础;将被测量转换成电荷和电压;完成由非电量到电量的转换过程..压电效应：压电材料在沿一定方向受到压力或拉力作用时;其内部产生极化现象;并在其表面上产生电荷；而且在去掉外力后;它们又重新恢复到原来的不带电状态;这种现象称之为压电效应..热电偶式真空计：利用发热丝周围气体的导热率与气体的稀薄程度真空度间的关系..流量计类型：速度式流量计;容积式流量计节流装置测量原理：当流体连续流过节流孔时;在节流件前后由于压头转换而产生压差..对于不可压缩流体例如水;节流前后流体的密度保持不变.. Q=αA d√(2△p/ρ)标准节流装置：标准孔板、标准喷嘴与标准文丘里管阿牛巴是一种均速流量探头;配以差压变送器和流量积算器而组成阿牛巴流量计;也属于差压式流量测量仪表;用来测量一般气体、液体和蒸汽的流量电磁流量计原理：被测流体垂直于磁力线方向流动而切割磁力线时;在与流体流向和磁力线垂直方向上产生感应电势Ex伏;Ex与体积流量Q的关系为: Ex=4B/πDQ×10-8=KQ 利用传感器测量管上对称配置的电极引出感应电势;经放大和转换处理后;仪表指示出流量值..自动控制：就是在没有人直接参与的情况下;利用外加的设备或装置控制装置;使机器、设备或生产过程控制对象的某个工作状态或参数被控量按照预定的规律自动地运行过程控制系统：以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统..过程控制系统组成：对象;检测元件及变送器;控制器;执行器过程控制系统的分类：定值控制系统、程序控制系统与随动控制系统控制系统的品质指标:衰减比n;最大偏差或超调量;余差C;稳定时间;震荡周期或频率自衡的非振荡过程：在阶跃作用下;被控变量无须外加任何控制作用、不经振荡过程能逐渐趋于新的状态的性质;称自衡的非震荡过程..无自衡非振荡过程：如果不依靠外加控制作用;不能建立起新的物料平衡状态;这种特性称为无自衡..有自衡的振荡过程：在阶跃作用下;被控变量出现衰减振荡过程;最后趋于新的稳态值;称为有自衡的振荡过程..具有反向特性的过程：有少数过程会在阶跃作用下;被控变量先降后升;或先升后降;即起始时的变化方向与最终的变化方向相反..对象特性的参数 :一放大系数K放大系数K是一个静态特性参数;只与被控量的变化过程起点与终点有关;而与被控量的变化过程没有关系..二时间常数 Tc时间常数Tc是说明被控量变化快慢的参数;其值等于系统阻值R与容量C的乘积三滞后时间τ对象在受到扰动作用后;被控量不是立即变化;而是经过一段时间后才开始变化;这个时间就称为滞后时间被控过程的数学模型 :模型分类：动态与静态模型；参数模型与非参数模型..建模方法：机理建模；实验建模变送器在自动检测和控制系统中的作用;是将各种工艺参数转换成统一的标准信号;以供显示、记录或控制之用..温度变送器其作用是将热电偶、热电阻的检测信号转换成标准统一的信号;输出给显示仪表或控制器实现对温度的显示、记录或自动控制差压变送器用于防止管道中的介质直接进入变送器里;感压膜片与变送器之间靠注满流体的毛细管连接起来..它用于测量液体、气体或蒸汽的液位、流量和压力;然后将其转变成4～20mA DC信号输出..被控量的选择原则：1作为被控量;必须能够获得检测信号并有足够大的灵敏度;滞后要小2必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状;检测点的选取必须合适..3以产品质量指标为被控量4以工艺控制指标为被控量操纵量的选择原则：1控制通道对象放大系数适当地大些;时间常数适中;纯滞后越小越好；2扰动通道对象的放大系数应尽可能小;时间常数应尽可能大；3扰动作用点应尽量靠近控制阀或远离检测元件;增大扰动通道的容量滞后;可减少对被控量的影响； 4操纵量的选择不能单纯从自动控制的角度出发;还必需考虑生产工艺的合理性、经济性..前馈控制是指按照扰动产生校正作用的控制方法..基本原理：测取进入过程的扰动量外界扰动和设定值变化;并按照其信号产生合适的控制作用去改变控制量;已抵消补偿扰动对被控量的影响..计算机控制系统的组成：工业控制计算机和生产过程计算机控制系统：1操作指导控制系统2直接数字控制系统3监督控制系统4数据采集与监视控制系统5集散控制系统6现场总线控制系统7计算机集成制造系统可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统;专为在工业环境应用而设计的PLC 的基本特点:1可靠性高、抗干扰能力强；2设计、安装容易;接线简单;维护方便；3编程简单、使用方便；4模块品种丰富、通用性好、功能强；5体积小、重量轻、能耗低;易于实现自动化..集散控制系统DCS 就是以微处理器为基础的集中分散型控制系统..分级：1分散过程控制级2集中操作监控级3综合信息管理级1操作员站2现场控制站3工程师站4服务器和其它功能站DCS 功能特点:1分散控制;集中管理；2硬件积木化;软件模块化；3采用局域网通信技术；4完善的控制功能；5管理能力强；6安全可靠性高；7高性能/价格比..DDZ Ⅱ与III 区别：DDZ-Ⅱ型是分立元件放大器;主输出0～5V;辅助输出0～10mA;这样故障输出0和零点输出0就分辨不出来；Ⅲ型是集成电路放大器;主输出4～20mA;辅助输出1～5V;可以分辨出故障输出0和零位输出0实际输出是1V 或者4mA..而且超量程可以输出3.8mA 和20.8mA..这样仪表检修工容易判断是否故障..PID 参数特点、优点、控制规律：P 灵敏简单;只有一个整定参数但存在误差PI 消除静差灵敏;但对滞后较大对象;调节慢且效果不好PD 增进调节系统的稳定性;调小比例度加快调节过程减小动态偏/静差;系统对高频干扰特别明显;输出易夹杂高频干扰PID 综合了各类调节作用的优点所以有更高的调节质量;对于滞后大;负荷大的对象;用复杂控制系统PID 调节器的参数p K 、I T 、DT 对控制性能各有什么影响 1比例增益p K 反映比例作用的强弱;p K 越大;比例作用越强;反之亦然..比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短;但在过渡过程终了时存在余差2积分时间I T 反映积分作用的强弱;IT 越小;积分作用越强;反之亦然..积分作用会使系统稳定性降低;但在过渡过程结束时无余差；3微分时间DT 反映积分作用的强弱;DT 越大;积分作用越强;反之亦然..微分作用能产生超前的控制作用;可以减少超调;减少调节时间；但对噪声干扰有放大作用..检测仪表的基本技术指标a 绝对误差:检测仪表的指示值X 与被测量真值X t 之间存在的差值称为绝对误差Δ..表示为： Δ= X －X tb又称引用误差或相对百分误差..c 精确度精度为了便于量值传递;国家规定了仪表的精确度精度等级系列.. 如0.5级;1.0级;1.5级等..仪表精度的确定方法：将仪表的基本误差去掉“±”号及“％”号;套入规定的仪表精度等级系列..d 灵敏度和分辨率：灵敏度表示指针式测量仪表对被测参数变化的敏感程度;常以仪表输出如指示装置的直线位移或角位移与引起此位移的被测参数变化量之比表示：S=ΔY/ΔX S －仪表灵敏度；ΔY －仪表指针位移的距离或转角；ΔX －引起ΔY 的被测参数变化量..分辨率表示仪表显示值的精细程度..分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值..e 变差：在外界条件不变的情况下;同一仪表对被测量进行往返测量时正行程和反行程;产生的最大差值与测量范围之比称为变差..造成变差的原因:传动机构间存在的间隙和摩擦力; 弹性元件的弹性滞后等..正反行程测量：将规定的输入信号平稳地按增大或减小方向输入执行机构气室或定位器;测量各点所对应的行程值;计算出实际"信号－行程"关系同理论关系之间关系f 响应时间：当用仪表对被测量进行测量时;被测量突然变化以后;仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来..这段时间称为响应时间..气开、气关式选择依据：按控制信号中断时;保证生产设备安全的原则确定..调节阀正反作用的选择是在调节阀气开气关确定后;其确定原则是：使整个回路构成负反馈系统..简述“积分饱和现象”产生的内因和外因..什么是积分饱和现象 积分饱和现象如何消除： 内因：控制器包含积分控制作用;外因：控制器长期存在偏差..在偏差长期存在的条件下;控制器输出会不断增加或减小;直到极限值引起积分饱和..积分饱和：具有积分作用的控制器在单方向偏差信号的长时间作用下;其输出达到输出范围上限值或下限值以后;积分作用将继续进行;从而使控制器脱离正常工作状态..消除： 1采用积分分离的方法;将PID 调解分开执行 2对积分调节器设置输出高低限幅;达到限幅时暂时切除积分作用使其跟踪;待偏差减小后再投入温度传感器①双金属片：用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制成双金属片..受热后由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲..若将双金属片制成螺旋形;当温度变化时;螺旋的自由端便围绕着中心轴偏转;带动指针在刻度盘上指示出相应温度值..②压力式：利用封闭容器中的介质压力随温度变化的现象来测温..原理: 封闭容器中的液体气体或低沸点液体的饱和蒸汽;受热后体积膨胀;压力增大..③热电偶：根据热电效应;将两种不同的导体接触并构成回路;若两个接点温度不同;回路中产生热电势..通过测量热电偶输出的热电势测量温度利..④热电阻：利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温..定值、随动、前馈、程序控制系统特点、概念⑴定值：在定值控制系统中设定值是恒定不变的;引起系统被控参数变化的就是扰动信号.. ⑵随动：设定值随时可能变化..变差=量程正反行程最大差值×100%⑶前馈控制的原理：当系统出现扰动时;立即将其测量出来;通过前馈控制器;根据扰动量的大小改变控制变量;以抵消扰动对被控参数的影响..前馈控制的特点：①前馈控制器是按是按照干扰的大小进行控制的; 称为“扰动补偿”..如果补偿精确;被调变量不会变化;能实现“不变性”控制..②前馈控制是开环控制;控制作用几乎与干扰同步产生;是事先调节;速度快..③前馈控制器的控制规律不是PID 控制;是由对象特性决定的..④前馈控制只对特定的干扰有控制作用;对其它干扰无效..⑷程序：设定值按预定的时间程序变化..过渡过程的品质指标衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ；4-10过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统;是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y ∞之比的百分数σ；残余偏差C ： 过渡过程结束后;被控参数所达到的新稳态值y ∞与设定值之间的偏差C 称为残余偏差;简称残差；调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰或波谷之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期;其倒数称为振荡频率；峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间..现场总线：连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、具有多节点分支结构的通信线路..现场总线;是指将现场设备如数字传感器、变送器执行器等与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络..具有全数字化、分散、双向传输等特点;是工业控制网络向现场级发展的产物..调节阀的流量特性：调节阀的流量特性指介质流过阀门的相对流量与相对开度之间的关系： 为相对流量;即调节阀某一开度的流量与全开流量之比； 为相对开度;即调节阀某一开度的行程与全行程之比..若阀门前后压差保持不变/总是变化理想/工作特性..直线/等百分比对数/快开流量特性过程控制系统各个部分组成作用控制器或调节器的作用是把被控变量的测量值和给定值进行比较;得出偏差后;按一定的调节规律进行运算;输出控制信号;以推动执行器动作;对生产过程进行自动调节..执行器是自动控制系统中的重要组成部分;作用是将控制器送来的控制信号转换成执行动作;从而操纵进入设备的能量;将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内..检测变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源的转换器..单回路控制系统参数整定步骤方法：Ⅰ、稳定边界法临界比例度法：属于闭环整定方法;根据纯比例控制系统临界振荡试验所得数据临界比例度Pm 和振荡周期Tm;按经验公式求出调节器的整定参数..置调节器Ti →∞; Td=0;比例度P →较大值;将系统投入运行..逐渐减小P ;加干扰观察;直到出现等幅减振荡为止..记录此时的临界值Pm 和Tm.. 根据Pm 和Tm;按经验公式计算出控制器的参数整定值..1.在闭环控制系统里;将控制器置于纯比例作用下i T = ∞;T =0;从小到大逐渐增大控制器的比例增益KC;直到出现等幅振荡曲线为止..2.此时的比例度称为临界比例度cr δ;相邻两个波峰间的时间间隔;称为临界振荡周期T .. 据此确定控制器参数..3.根据cr δ和crT 值;采用经验公式;计算出调节器各个参数..Ⅱ、衰减曲线法 也属于闭环整定方法;但不需要寻找等幅振荡状态;只需寻找最佳衰减振荡状态即可..1把调节器设成比例作用Ti=∞;Td=0置于较大比例度;投入自动运行..2在稳定状态下;阶跃改变给定值通常以5%为宜;观察调节过程曲线..3适当改变比例度;重复上述实验;到出现满意的衰减曲线为止..记下此时的比例度Ps及周期Ts..n=10:1时;记P’s及TsⅣ响应曲线法属于开环整定方法..以被控对象控制通道的阶跃响应为依据;通过经验公式求取调节器的最佳参数整定值..方法：不加控制作用;作控制通道特性曲线..根据实验所得响应曲线;找出广义对象的特性参数K0、T0、τ0;Ⅴ经验法凭经验凑试.. 其关键是“看曲线;调参数”..在闭环的控制系统中;凭经验先将控制器参数放在一个数值上;通过改变给定值施加干扰;在记录仪上观察过渡过程曲线;根据P、 TI 、TD对过渡过程的影响为指导;对比例度P 、积分时间TI和微分时间TD逐个整定;直到获得满意的曲线为止..经验法的方法简单;但必须清楚控制器参数变化对过渡过程曲线的影响关系..在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时;往往较为费时..串级控制系统：系统有两个闭合回路;形成内外环..主变量是工艺要求控制的变量;副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量..主定值、副随动控制系统调节器是串联工作的;主调节器的输出作为副调节器的给定值..系统通过副调节器输出控制执行器动作;实现对主参数的定值控制.串级控制系统;就是采用两个控制器串联工作;主控制器的输出作为副控制器的设定值;由副控制器的输出去操纵调节阀;从而对主被控变量具有更好的控制效果..建立串级控制数学模型;1．主回路设计:主回路设计与单回路控制系统一样2．副回路的选择:副回路设计中;最重要的是选择副回路的被控参数串级系统的副参数..副参数的选择一般应遵循下面几个原则：①主、副变量有对应关系②副参数的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰;并尽可能多包含一些干扰③副参数的选择应考虑主、副回路中控制过程的时间常数的匹配;以防“共振”的发生④应注意工艺上的合理性和经济性3．主、副调节器调节规律的选择:在串级系统中;主参数是系统控制任务;副参数辅助变量..这是选择调节规律的基本出发点..主参数是生产工艺的主要控制指标;工艺上要求比较严格..所以;主调节器通常选用PI调节;或PID调节..控制副参数是为了提高主参数的控制质量;对副参数的要求一般不严格;允许有静差..因此;副调节器一般选P调节就可以了.. 4．主、副调节器正、反作用方式的确定:对串级控制系统来说;主、副调节器正、反作用方式的选择原则依然是使系统构成负反馈..选择时的顺序是：1、根据工艺安全或节能要求确定调节阀的正、反作用；2、按照副回路构成负反馈的原则确定副调节器的正、反作用；3、依据主回路构成负反馈的原则;确定主调节器的正、反作用..过程控制：指根据工业生产过程的特点;采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具;应用控制理论..设计工业生产过程控制系统;实现工业生产过程自动化..压力容器1应选择气关式..因为在气源压力中断时;调节阀可以自动打开;以使容器内压力不至于过高而出事故..2 调节阀应选择气关式;则压力控制器PC应为反作用..当检测到压力增加时;控制器应减小输出;则调节阀开大;使容器内压力稳定..或：当检测到压力减小时;控制器应增大输出;则调节阀开小;使容器内压力稳定..如图所示的锅炉汽包液位控制系统;为保证锅炉不被烧干：1应选择气关式..因为在气源压力中断时;调节阀可以自动打开;以保证锅炉不被烧干..2 调节阀应选择气关式;则液位控制器LC应为正作用..当检测到液位增加时;控制器应加大输出;则调节阀关小;使汽包液位稳定..或：当检测到液位减小时;控制器应减小输出;则调节阀开大;使汽包液位稳定..。
过程控制知识点整理
第一章1、自动化仪表：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，自动化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。
2、过程控制仪表包括：检测仪表、调节仪表（也叫控制器）、执行器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。
3、过程控制系统的主要任务是：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。
4、标准信号制度：国际电工委员会规定：过程控制系统的模拟标准信号为直流电流4-20mA ，直流电压1-5V 。
我国DDZ 型仪表采用的标准信号：DDZ- Ⅰ型和DDZ- Ⅱ型仪表：0-10mA 。
DDZ- Ⅲ型仪表：4-20mA 。
5、我国的DDZ 型仪表采用的是直流电流信号作为标准信号。
6、采用电流信号的优点：电流不受传输线及负载电阻变化的影响，适于远距离传输。
动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成，使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力。
对于要求电压输入的受信仪表和元件，只要在回路中串联电阻便可得到电压信号。
7、采用直流信号的优点：a.直流信号传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在移相问题；b.直流信号不受传输线中电感、电容和负载性质的限制。
8、热电偶是以热电效应为原理的测温元件，能将温度信号转换成电势信号（mV ）。
特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。
一般用于测量500～1600℃之间的温度。
9、热电偶的测温原理：将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。
此电势称为热电势，并产生电流。
10、对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。
11、热电偶的基本定律:均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律。
12、热电阻：对于500℃以下的中、低温，热电偶输出的热电势很小，容易受到干扰而测不准。
过程仪表基础知识
举例 PDT-2120 P—代表压力 D—代表差压 T—代表传送或变送器
三、仪表位号的表示方法 1、仪表位号的组成
2、被测变量和仪表功能的字母代号
第一节 热量传递的方式
本节的主要内容
一、热传导 二、对流传热 三、辐射传热
第二章、温度测量仪表
在环境工程中，很多过程涉及加热和冷却： 对水或污泥进行加热； 对管道及反应器进行保温以减少系统的热量散失； 在冷却操作中移出热量。
辐射传热
通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程。
流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程，仅发生在液体和气体中。通常认为是流体与固体壁面之间的热传递过程。
物体各部分之间无宏观运动
本节思考题
(1)什么是热传导？ (2)什么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和自然对流传热的实例。 (3)简述辐射传热的过程及其特点。 (4)试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空气处于流动状态。 (5)若冬季和夏季的室温均为18℃，人对冷暖的感觉是否相同？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？
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自动控制仪表
第二部分由四位阿拉伯数字组成，这四位数字代 表产品的种类、规格和结构特征。
第三部分由一个或数个汉语拼音大写字母组成， 标志产品的特殊用途。
例如,安全火花防爆（A）、隔离防爆（B）、防腐（F）、 船用（C）等。当具备一个以上特殊用途时，按字母顺序 排列。
例如,DBC-2310为一台差压变送器的型号规格。其中 第一位数字“2”表示工作压力为400kPa，第二位数 字“3”表示测量范围为0～600Pa至0～4kPa，第三 位数字“l”表示带单平法兰，第四位数字“0”表示 序号。
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EXIT
自动控制仪表
1.2 电动仪表信号标准的使用
现场与控制室仪表之间采用直流电流信号
优点：直流比交流干扰少
现场
控制室
直流信号对负载的要求简单
变送器
r
负载
RL1 r Io RL2
电流比电压更利于远传信息 缺点：多个仪表接收同一电流信息，它们
必须串联。 要求：·接收仪表输入电阻小
发送者
接受者
·任何一个仪表在拆离信号回路之前首 先要把该仪表的两个输入端短接，
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自动控制仪表
隔爆型防爆仪表
特点：仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内
防爆措施：
采用耐压80～100N/cm2以上的表壳 表壳外部的温升不得超过由易爆性气体或蒸汽
的引燃温度所规定的数值 表壳接合面的缝隙宽度及深度，应根据它的容
积和易爆性气体的级别采用规定的数值
使用注意：*揭开仪表表壳后，将失去了防爆性能
I 类：煤矿井下用电气设备 II类：工厂用电气设备
II类(工厂用)电气设备又分为8种类型。其标志如下：
隔爆型
d 增安型
e
本质安全型
i 正压型
P
充油型
O 充沙型
q
无火花型
n 特殊型
S
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自动控制仪表
在爆炸性气体或蒸汽中使用的仪表，引起爆 炸主要有两方面原因：
1.仪表产生能量过高的电火花或仪表内部因 故障产生的火焰通过表壳的缝隙引燃仪表 外的气体或蒸汽
醇、环乙醇
乙醛、三 甲胺
丙烯脂、二甲醚、环丙烷、 环氧丙烷、丁二烯、 二甲醚、丙烯
市用煤气
乙烯
醛、碳化氢
乙醚、二 乙醚
亚硝酸乙脂
IIC 氢、水煤气
乙炔
二硫化碳
硝酸乙脂
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自动控制仪表
过程控制仪表的防爆措施
过程控制仪表主要有:
– 隔爆型防爆仪表 – 本质安全型防爆仪表
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１.在满足K*Kf>>1的条件时，仪表的输出与输入关系仅取决于 输入部分的特性和反馈部分的特性；
2. 在满足K*Kf>>1的条件时，放大器的净输入e趋向于零（ e →0）。
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分析方法
自动控制仪表
1、将仪表划分为输入部分、放大器和反馈部分； 2、对各个部分分析，重点是输入部分和反馈部分； 3、求出整机输出与输入之间的关系，得整机特性。
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自动控制仪表
QDZ型仪表的型号及命名
QDZ型仪表型号格式为Q□□-□， 第二个字母代表仪表大类，字母含义同 DDZ-Ⅲ型仪表
第三个字母表示测量参数或仪表品种
最后一个部分是阿拉伯数字，用以表示 产品系列、规格、结构特征等编号。
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自动控制仪表
本质安全型ia和ib两个等级分别表示：
1. ia 等级 在正常工作、一个故障和两个故障时均不能点 燃爆炸性气体混合物的电气设备。
2. ib 等级 在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体 的电气设备。
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自动控制仪表
控制系统防爆措施
要使整个测量或控制系统的防爆性能符合安全火花防爆要 求，必须满足：
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自动控制仪表
运算放大器的基本知识
UF Ud
UT
U+
－ ＋
＋ U－
运算放大器的引出端
输入端(+、-)：+端为同相输入端
-端为反相输入端
Uo
UT 为同相端对地的电压 UF 为反相端对地的电压
电压差Ud 从同相端到反相端 输出端：Uo 为输出端对地的电压
(输出电压)
电源端（U+ 、U- ）
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第1章 过程控制仪表的基本知识
知识目标
掌握控制仪表的信号标准及使用方法 掌握控制仪表防爆知识 理解DDZ-Ⅲ型仪表的型号含义和命名方法 掌握DDZ-Ⅲ型仪表分析方法
技能目标
能理解电动仪表采用电流信号传送和控制室采用电 压信号接线的道理 能识别控制仪表铭牌上关于型号、防爆等级的含义
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0.8≥MICR≥0.45
0.5≥dmax
0.45>MICR
防爆仪表的分组 根据：仪表最高表面温度
温度组别
T1
T2
T3
T4
T5
T6
最高表面温度 450 300 200 135 100 85
仪表的最高表面温度=实测最高表面温度―实测时环境温度
+规定最高环境温度
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℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃
*长期使用会逐渐降低防爆性能
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第13页
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自动控制仪表
本质安全型防爆仪表
本质安全型防爆仪表也称安全火花型防爆仪表。这种仪 表，在正常状态下或规定的故障状态下产生的电火花和热 效应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。
正常状态指在设计规定条件下的工作状态，故障状态 指电路中非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地 及电源故障等情况。
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第6页
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自动控制仪表
1.防爆仪表的标准
标准：国家标准GB3836.1《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求
》
标志： iaIICT5，iaIICT6，dIIBT3……
防爆仪表的分类 防爆仪表的分级和分组 防爆仪表的标志
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防爆仪表的分类
按照国标GB3836.1规定，防爆电气设备分为两大 类：
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自动控制仪表
采用单个放大器的仪表分析
采用单个放大器的仪表一般有如下的结构：输入部分、放
大器和反馈部分。
求传递函数？←→仪表的特性
输入部分
放大器
x
+ zi
Ki
εK
y
－
单回路负反馈zf
Kf
y KiK x 1 KK f
y Ki x Kf
特点：
反馈部分
如果该仪表满足深度负反馈（K*Kf>>1)，则：
分析线路时往往把运算放大器看成是双端输入、单端输出的 三端器件。
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自动控制仪表
运算放大器的基本性能
如果对两个输入端信号进行改写：
UF
UT
UF 2
UT
UF 2
Uc
Ud 2
Uc为共模输入电压
UT
UT
UF 2
UT
UF 2
Uc
Ud 2
Ud为差模输入电压
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自动控制仪表
第三个字母代表各大类中的产品小类，同一 字母在不同大类中有不同的含义，如：
在变送单元中： W-温度和温差；Y-压力； C-差压。 在调节单元中：L-连续； D-断续。 在运算单元中： J-加减； S-乘除；K-开方。 在显示单元中： Z-指示； J-记录；B-报警； S-积算。 在执行单元中： Z-直行程；J-角行程。
自动控制仪表
防爆仪表的标志
防爆仪表的防爆标志为“Ex”；仪表的防爆等级标志的顺序为：防爆型式、类 别、级别、温度组别。过程控制仪表常见的防爆等级有iaIICT5 (iaIICT6)和 dIIBT3二种。前者表示II类本质安全型ia等级C级T5组；后者表示II类隔爆型B 级T3组。
防爆仪表的分级与分组，与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组是相对应的。
目的：达到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或 不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控制系统中， 实现系统的功能。
下限
上限
20kPa(0.2Kgf/cm2) 100kPa(1Kgf/cm2)
电流信号 ４－２０mA
0-10mA
负载电阻 ２５０－７５０欧 ０－１０００欧 ０－３０００欧
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第1章 过程控制仪表的基本知识
1.1 控制仪表的信号制 1.2 电动仪表信号标准的使用 1.3 控制仪表的防爆知识 1.4 过程控制仪表的型号命名 1.5 过程控制仪表的分析方法
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1.1 信号制
信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型 和数值。
比较环节的确定可以从放大器的输入端即e所加位置着手； 取样环节的确定可以从仪表的输出信号回路着手 。
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采用运算放大器的仪表分析方法
这类仪表的线路是由若干个运算放大器电路组装 而成，主要是运算放大器电路以串联形式相联。 由于每一个运算放大器电路的输出电阻很小，而 输入电阻又都足够大，这样，前、后级运算放大 器电路之间相互影响很小。 分析这类仪表时，可以把整个仪表线路分成一个 个运算放大器电路单独地进行分析，最后再综合 得到整机的特性。