自动控制仪表及装置 - 第一章
化工仪表及自动化第1章自动控制系统概述
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
一、控制系统的静态与动态
蒸汽
汽包 省煤器
LT
LC
给水
自动控制目的：希望将被控 变量保持在一个不变的给定 值上，这只有当进入被控对 象的物料量（或能量）和流 出对象的物料量（或能量） 相等时才有可能。
锅炉汽包自动控制系统示意图
静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率 为0，不是静止）。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
用同一种形式的方框图可以代表不同的控制系统
蒸汽加热器温度控制系统
给定值x
偏差e
控制器输出p
控制器
干扰作用f
操纵变量q 执行器
对 象 被控变量y
测量值 z
测量元件 变送器
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
管道及仪表流程图（PID图）
工艺人员确定工艺流程
2. 随动控制系统（自动跟踪控制） --- 给定值不断地变化，而且这种变化不是已知的、预先规 定好的，而是随机的。并要求系统的输出（被控变量）随之 变化。
3. 程序控制系统（顺序控制系统）
--- 给定值按一定的时间程序变化。但它是一个已知 的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化 ,f(t)
如马弗炉程序升温系统
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
二、控制系统的过渡过程
系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。
蒸汽
举例
汽包 省煤器
LT
LC
给水
当干扰作用于对象，系统被 控变量发生变化，在系统负 反馈作用下，经过一段时间， 系统重新恢复平衡。
锅炉汽包自动控制系统示意图
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
控制仪表及装置复习要点及习题
概论思考题与习题0-1 控制仪表与装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？0-2 说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。
0～10mA的直流电流信号能否用于两线制传输方式？为什么？0-3 什么是本质安全型防爆仪表，如何构成本质安全防爆系统？0-4 安全栅有哪几种？它们是如何实现本质安全防爆的？第一章思考题与习题1-1 说明P、PI、PD调节规律的特点以及这几种调节规律在控制系统中的作用。
1-2 调节器输入一阶跃信号，作用一段时间后突然消失。
在上述情况下，分别画出P、PI、PD调节器的输出变化过程。
如果输入一随时间线性增加的信号时，调节器的输出将作何变化？1-3 如何用频率特性描述调节器的调节规律？分别画出PI、PD、PID的对数幅频特性。
1-4 什么是比例度、积分时间和微分时间？如何测定这些变量？1-5 某P调节器的输入信号是4～20mA，输出信号为1～5Ｖ，当比例度δ=60%时，输入变化6mA所引起的输出变化量是多少？1-6 说明积分增益和微分增益的物理意义。
它们的大小对调节器的输出有什么影响？1-7 什么是调节器的调节精度？实际PID调节器用于控制系统中，控制结果能否消除余差？为什么？1-8 某PID调节器（正作用）输入、输出信号均为4～20mA，调节器的初始值I i=I0=4mA，δ=200%，T I=T D=2min，K D=10。
在t=0时输入ΔI i=2mA的阶跃信号，分别求取t=12s 时：（1）PI工况下的输出值；（2）PD工况下的输出值。
1-9 PID调节器的构成方式有哪几种？各有什么特点？1-10 基型调节器的输入电路为什么采用差动输入和电平移动的方式？偏差差动电平移动电路怎样消除导线电阻所引起的运算误差？1-11 在基型调节器的PD电路中，如何保证开关S从“断”位置切至“通”位置时输出信号保持不变？1-12 试分析基型调节器产生积分饱和现象的原因。
自动化仪表及过程控制第一章绪论(doc 8页)
自动化仪表及过程控制第一章绪论(doc 8页)第一章绪论⏹本章提要1.过程控制系统的基本概念2.过程控制的发展概况3.过程控制系统的组成4.过程控制的特点及分类5.衡量过程控制系统的质量指标⏹授课内容第一节过程控制的发展概况1.基本概念✧过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。
(P3)✧过程控制-----指工业部门生产过程的自动化。
(P3)2.过程控制的重要性●进入90年代以来自动化技术发展很快，是重要的高科技技术。
过程控制是自动化技术的重要组成部分。
在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提●●现车间或大型装置的集中控制。
主要特点：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统；控制目的------提高控制质量或实现特殊要求；理论-----除经典控制理论，现代控制理论开始应用。
✧前馈控制-----按扰动来控制，在扰动可测的情况下，可以地提高控制质量。
✧选择性控制-----在生产过程遇到不正常工况或被控量达到安全极限事，自动实现的保护性控制。
●19世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。
主要特点：检测和控制仪表-----新型仪表、智能化仪表、微型计算机；过程控制系统结构-------由单多变量系统，由PID控制规律特殊控制规律，由定值控制最优控制、自适应控制，由仪表控制系统智能化计算机分布式控制系统；理论-----现代控制理论过程控制领域，如状态空间分析，系统辨识与状态估计，最优滤波与预报。
3.集散控制系统(DCS)✧集散控制系统-----是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置。
仪表自动化第一章
给定值 C
四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素
给定值 偏差 x e 控制器 z 操纵 变量 执行器 q f 干扰作用 被控对象 被控变量 y
p
测量元件与变送器
• 控制效果取决于控制对象（内因）和控制系统 （外因）两个方面。 • 外因只有通过内因起作用，内因是最终效果的 决定因素。
的静态
二、控制系统的过渡过程
设系统原处于平衡状态 干扰
给定值变化
y变化
负反馈 作用
恢复平衡
定义：由一个平衡状态（静态）过渡到另一个平衡状态 （新的静态）的过程。
干扰f
过渡过程
负反馈作用
研究 Y-t的变化规律
阶跃干扰： 突然、剧烈 易实现 好分析
衡量： 衡量： 在阶跃干扰作用 下的过渡过程。 下的过渡过程。
控制流程图符号意义
序号 安装位置 图形符号 备注 序号 安装位置 图形符号 备注
1
就地安装仪表 嵌在管道中
4
集中仪表盘后 安装仪表
2
集中仪表盘面 安装仪表 5 就地仪表盘后 安装仪表
3
就地仪表盘面 安装仪表
控制流程图字母意义
字 母 A C D E F I K L M 第一位字母 被测变量 分析 电导率 密度 电压 流量 电流 时间 物位 水分 比 指示 差 修饰词 后继字母 功能 报警 控制 字 母 P Q R S T V W Y Z 位置 执行机构 第一位字母 被测变量 压力 数量 放射性 速度 温度 粘度 力 安全 积分 累积 记录 开关 传送 阀 修饰词 后继字母 功能
Qi 要 求 观 察 思考 调 节
人工操作
(1)检测 检测 (2)运算 运算 (3)执行 执行
公司仪表车间仪器仪表及自动控制管理制度（四篇）
公司仪表车间仪器仪表及自动控制管理制度第一章总则第一条根据公司的规章制度以及相关法律法规，为保障公司仪表车间的正常运行和安全生产，提高仪器仪表及自动控制的管理水平，制定本管理制度。
第二条本管理制度适用于公司仪表车间以及相关人员，包括但不限于仪表设备的选择、采购、安装、维护、保养和处置等。
第三条公司仪表车间的仪器仪表及自动控制管理，应遵循科学、规范、公正、公开的原则，确保管理的合理性和有效性。
第四条公司仪表车间应制定仪器仪表及自动控制的管理规划，明确管理目标和措施。
第五条公司仪表车间应建立健全的质量体系，确保仪器仪表及自动控制的质量可靠和稳定。
第二章仪器仪表的选择和采购第六条仪器仪表的选择应根据生产需求，以提高生产效率和产品质量为原则。
第七条仪器仪表的采购应按照公司的采购制度进行，确保采购程序的透明、公正和合法。
第八条仪器仪表的采购应向有信誉的供应商购买，严禁购买假冒伪劣产品。
第九条仪器仪表的采购应保证技术性能和质量满足要求，且具备可靠性和稳定性。
第十条仪器仪表的采购应考虑其使用寿命和维修保养的难易程度，以降低运营成本。
第三章仪器仪表的安装和调试第十一条仪器仪表的安装应根据安装说明书进行，确保安装质量符合要求。
第十二条仪器仪表的调试应由专业人员进行，确保调试结果准确可靠。
第十三条仪器仪表的安装和调试应记录相关数据和结果，建立档案备查。
第四章仪器仪表的维护和保养第十四条仪器仪表的维护和保养应按照制度和操作规程进行，确保设备的正常运行。
第十五条仪器仪表的维护和保养应定期进行，检查设备的漏洞和故障。
第十六条仪器仪表的维护和保养应记录相关操作和结果，建立档案备查。
第五章仪器仪表的处置第十七条仪器仪表的报废或淘汰应按照相关程序和规定进行，严禁擅自处置。
第十八条仪器仪表的报废或淘汰应由专业人员进行处理，确保数据和信息的安全。
第六章其他事项第十九条公司仪表车间应加强对员工的培训和教育，提高他们的专业技能和管理水平。
控制仪表及系统1、2章习题
图1-7 齐纳式安全栅
2、隔离式安全栅 隔离式安全栅是通过隔离、限压和限流等措施来保 证安全防爆性能的。通常采用变压器隔离的方式，使其输 入、输出之间没有直接电的联系，以切断安全侧高电压窜 入危险侧的通道。同时，在危险侧还设置了电压、电流限 制电路，限制流入危险场所的能量，从而实现本安防爆的 要求。 变压器隔离式安全栅的一种电路结构如图0-8所示。来自 变送器的直流信号，由调制器调制成交流信号，经变压器 耦合，再由解调器还原为直流信号，送入安全区域。 变压器隔离式安全栅的特点是线路较复杂，但其性 能稳定，抗干扰能力强，可靠性高，使用也较方便。
ⅡA、ⅡB、ⅡC三级：见最大试验安全间隙和 最小点燃电流比。 ia是指在正常工作、一个故障和两个故障时 均不能点燃爆炸性气体混合物； ib是指在正常工作和一个故障时不能点燃 爆炸性气体混合物。
1-6.常用的防爆型控制仪表有哪几类？各有什么特点？ 答：常用的防爆型控制仪表有隔爆型和本质安全型两类仪表。 （一）隔爆型仪表 隔爆型仪表具有隔爆外壳，仪表的电路和接线端子全部置于防 爆壳体内，其表壳的强度足够大，隔爆结合面足够宽，它能承受仪 表内部因故障产生爆炸性气体混合物的爆炸压力，并阻止内部的爆 炸向外壳周围爆炸性混和物传播。这类仪表适用于1区和2区危险场 所。隔爆型仪表安装及维护正常时，能达到规定的防爆要求，但当 揭开仪表外壳后，它就失去了防爆性能，因此不能在通电运行的情 况下打开表壳进行检修或调整。 （二）本质安全型仪表 本质安全型仪表（简称本安仪表）的全部电路均为本质安全电 路，电路中的电压和电流被限制在一个允许的范围内，以保证仪表 在正常工作或发生短接和元器件损坏等故障情况下产生的电火花和 热效应不致引起其周围爆炸性气体混合物爆炸。本安仪表不需要笨 重的隔爆外壳，具有结构简单、体积小、质量轻的特点，可在带电 工况下进行维护、调整和更换仪表零件的工作。
自动化仪表课件
20kPa(0.2kgf/c㎡ )
（2）电动仪表的信号标准 中国国家标准GB339《化工自动化仪表用模拟直流电流信号》规定了 电动仪表的信号，如表1-3所示。 表1－3
序号
模拟直流电流信号及其负载电阻
电流信号
4－20mADC 0-10mADC
负载电阻
250-750Ω 0-1000Ω 0-3000Ω
1
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1.1.2. 控制仪表与装置的分类及特点
通常，控制仪表与装置可按能源形式、信号类型、 和结构形式来分类。
1.1.2.1.按能源形式分类
可分为电动、气动、液动和机械式等几类。工业上普 遍使用电动控制仪表和气动控制仪表，两者之间的比较如 表1-1所示。
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表1－1
电动控制仪表和气动控制仪表的比较
1.1.3. 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。
1.1.3.1. 信号标准
（1）气动仪表的信号的信号标准
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中国国家标准GB777《化工自动化仪表用模拟气动信号》规定了气动仪表的 信号的下限值和上限值，如表1-2所示
表1－2
下限
模拟信号的下限值和上限值
上限 100kPa(1kgf/c㎡ )
1.2.1. 采用单个放大器的仪表分析方法
1.2.1.1.采用单个放大器的仪表特点
这一类仪表一般具有如图1-3所 示的典型结构，即整个仪表可以划分 为三部分：输入部分、放大器和反馈 部分 。
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由图1-3可以求得整个仪表的输出与输入关系为
Ki K y x 1 KK f
(1-1)
式中 K i——输入部分的转换系数； K ——放大器的放大系数； K f ——反馈部分的反馈系数。 当满足KKf>>1的条件时
控制仪表与装置--习题集(自己做的)
控制仪表与装置--习题集（自己做的）一、填空题：1．控制仪表及装置按照结构形式分__________________、__________________、__________________三类。
2．控制仪表及装置按照能源分为__________________、__________________、__________________。
3．国际电工委员会将范围为_________的电流信号和范围为________的电压信号确定为过程控制系统电模拟信号的统一标准4．气动仪表的标准联络信号为：__________________。
5．在单元组合仪表中，调节器比例度与调节器的比例增益的关系为：_________。
6．执行器一般由_________和_________两大部分构成。
7、信号制是指------------------------------------------------------------------------------------------------。
8、PID调节器主要由、、三部分组成。
9、调节器的工作状态有-------------、-------------、----------------、----------------四种。
10、III型调节器的双向无平衡无扰动切换是指-------------------------------------------------------------。
11、TD越大，则微分作用------------；KD越大，则微分作用-----------。
12、TI越大，则积分作用------------；KI越大，则积分作用-----------。
二、简答题：第一章1、控制仪表及装置的分类有那些？1.答：分类：按能源形式分类：电动、气动、液动三类；按信号类型分类：模拟式和数字式：按结构形式分：基地式、单元组合式、组件组装式。
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Q 控制规律的表达式可能考计算P13
1.参数含义：△y变化量KP控制器比例增益TI控制器积分时间TD控制
器微分时间ε偏差
2.偏差的正负：ε=Xi-Xs 测量值-给定值
3.控制器的正作用反作用选择依据（分析题）给你对象能分析出是正作用还
是反作用：若KP前有负号则为反作用
4.①选阀：怎么安全怎么来，P1的例子温度控制系统，选气开或电开；②
假设温度过高，则偏差（温度）=测量值-设定值大于零，目标是△y（燃料）变化值小于零，所以选择反作用。
P PI PD 规律的特点阶跃响应要会分析P13-18
P PI PD PID 阶跃响应曲线特点PI PD 规律的阶跃响应综合题里考记住实际的时域公式
1.P控制特性：输入输出成比例关系，只要有偏差存在，控制器的输出就会
立刻与偏差成比例地变化，控制作用及时迅速。
系统会出现余差，被控变量受干扰影响偏离给定值后，无法回到原先数值；若偏差为零，则输出不会变化，系统无法保持平衡。
增大KP可以减小余差，但系统稳定性变差，容易产生震荡。
P用于干扰较小，允许有余差的系统中。
比例度δ、比例增益KP互为倒数，成反比，比例度越小，比例增益越大，比例作用越强。
2.PI控制特性：I能消除余差，只要偏差存在，积分作用的输出就会随时间
不断变化，知道偏差消除，控制器的输出才会稳定下来；积分作用输出快慢与输入偏差ε的大小成正比，与积分时间成反比，积分时间越短，积分
速度越快，积分作用越强；积分输出控制动作缓慢，会造成控制不及时，系统稳定裕度下降，因此积分作用与比例作用组合起来使用。
控制点偏差：控制器输出稳定在某一值时，测量值和给定值之间存在偏差。
控制精度：控制点最大偏差的相对变化值，表征控制器消除余差的能力，KI越大，控制精度越高，消除余差能力越强。
3.PD控制特性：当积分时间TI趋于无穷大，控制器成PD控制特性；微分
时间越长，微分作用越强；微分作用比单纯比例作用快，微分作用比单纯比例作用提前一段时间，这段时间就是TD；微分根据偏差变化速度进行控制，只要偏差出现变化趋势，就有控制作用输出，超前控制；偏差恒定不变，微分作用为零，所以不能单独使用。
微分增益KD＜1，控制作用减弱，反微分，目的是滤波，KD =1相当于比例作用。
4.PID控制特性：both
5.微分先行目的：设定值放在微分之后，不对设定值做微分，效果是不因为
设定值的变化，引起输出值较大的变化。
6.如果PI阶跃曲线，KP增加或者TI减小的情况下，曲线如何变化，会分
析，做实验做的：KP增加比例作用增强，TI减小积分作用增强，积分增益变大，曲线变陡。
Q 基型控制器的电路方框图P20会画根据框图知道具备哪些功能
指示手操参数设定输入输出
用单片机设计基型控制器画框图各种东西都要含有有输入（键盘）参数指示显示输入输出
Q 输入电路P21 分析偏差差动电平移动电路电平平移的目的
1.作用：①将测量信号和给定信号相减，得到偏差信号，再将偏差信号放大
输出；②电平移动，将以0V位基准的给定信号和偏差信号转换成以电平UB(10V)位基准的输出信号UO1
2.电平移动的目的：使运算放大器工作在允许的共模输入电压范围内。
Q 分析PD电路在“断”的位置，通过电阻引到n分之一UO1目的是P23 A 在“断”的位置，运放的同向端电压为n分之一UO1，电容CD通过电阻R1接至n分之一UO1，CD被充电。
因为输入信号为阶跃信号，所以不能直接加在电容CD两端，加入R1起到保护作用。
Q 分析实际PI电路在基型控制器当中有积分饱和P26
A 正常工作时，电容电压恒等于输出电压，但在饱和状态，输出电压已被限制住，而输入电压依然存在，并会通过RI向电容继续充电（或放电），所以电容电压将继续增加（或减小），这时电容电压不等于输出电压，导致运放的同向端电压和反向端电压不相等，这一现象称为积分饱和。
输出电路不做要求
Q 分析软手操、硬手操电路分析简化电路
重点自动软手操硬手操互相之间切换的电路哪些无需预平衡即可无扰动哪些需要预平衡才能无扰动原因是什么P30
A 自动→硬手操软手操→硬手操需要预平衡才能无扰动，若不事先平衡，
则会导致输出电压发生变化，对生产过程有扰动。