过程控制仪表与装置-9第四章
过控技术第四章模板
5.调节阀的调节方向： a．正作用： 当调节阀阀芯向下位移时，阀芯与阀座 之间的流通截面积减少； b. 反作用： 当调节阀阀芯向下位移时，阀芯与阀座 之间的流通截面积增大；
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四、调节阀的工作原理 流经阀门的流体遵循流体流动的质量守恒和
能量守恒定律。 对不可压缩流体，流体流过调节阀时的情况
与流体流过节流元件（如孔板）时的情况相似。 流体流经调节阀时的局部阻力损失为：
0.8 、0.9时的流量值，并比较阀在不同开度时流量变化情
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d qV / qV max K
d (l / L)
将上式积分得:
d qV / qV max d(l / L)K
式中：
qV K ( l ) C
qV max
L
qV / qV max ——相对流量 l / L ——阀的相对开度
C ——积分常数。
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边界条件为：
l 0 时，qV q V min
执行机构输入—调节压力P1-P2
执行机构输出—活塞杆位移
1—活塞
2—气缸
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三、调节机构(阀体)
调节机构是执行器的调 节部分，是一个阻力可变 的节流元件。通过阀芯在 阀体内的移动，改变了阀 芯与阀座之间的流通面积， 从而改变了被调介质的流 量，达到自动调节工艺参 数的目的。
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1.调节阀根据阀芯的动作形式分类： 直行程式：
单座阀的阀芯DN≥25mm时 采用双向，而DN<25mm的阀芯 采用单导向。
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1—阀杆 2—压板 3—填料 4—上阀盖 5、11—斜孔 6、10—衬套 7—阀体 8—阀芯 9—阀座 12—下阀座
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3.直通双座阀
阀芯与阀杆之间用螺 纹或销钉连接，阀杆带动 阀芯作上下移动，阀杆与 执行机构相连。
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。
过程控制系统第四章调节单元
0
饱和，不再符合比例
umin
ur umax u 关系。
例 某比例控制器，温度控制范围为400～800℃，
输出信号范围是4～20mA。当指示指针从600℃变
到700℃时，控制器相应的输出从8mA变为16mA。
求设定的比例度。
u/mA
解
/ e u em ax um ax
100%
20
δ =50%
1 比例调节规律 比例控制数学表达式 ：
u(t)Kce(t)
u(t)为调节器输出的增量值， e(t) 为被控参数与给定值之差。
纯比例调节器的阶跃响应特性
❖ 比例控制的特点
控制及时、适当。只要有偏差，输出立刻成比 例地变化，偏差越大，输出的控制作用越强。
控制结果存在静差。因为，如果被调量偏差为 零，调节器的输出也就为零
比例积分调节器的阶跃响应特性
3 比例微分控制（PD） 对于惯性较大的对象，常常希望能加快控制速 度，此时可增加微分作用。
渐增强，控制动作缓慢，故积
分作用不单独使用。 t
若将比例与积分组合起来，既能控制及时，又 能消除余差 。
（2） 比例积分控制（PI）
1 1
GC (s) KC 1
TI s 1
K I TI s
K I 称为PI调节器的积分增益，它定义 为：在阶跃信号输入下，其输出的最 大值与纯比例作用时产生的输出变化 之比。
3 安全栅
安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，其作用一方 面保证信号的正常传输；另一方面则控制流入危险场所的能量 在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保过程控 制系统的安全火花性能。
第一节 DDZ-Ⅲ型模拟式调节器
补充 ：PID调节规律，比例积分微分调节规律
过程控制工程第4章PID控制器讲义
de(t ) 1 de(t ) e(t ) Td 增量形式 u (t ) Kce(t ) KcTd dt dt
传递函数 Gc ( s) U ( s) K c (1 Td s) 1 (1 Td s) E ( s)
河南理工大学 电气工程与自动化学院
河南理工大学 电气工程与自动化学院
4.1 PID控制原理---比例积分微分控制 特
1.快速稳定的无差调节。
2.比例作用，减小系统稳态误差，提高系统的响应速度。 3.微分作用，相位超前，提高了稳定裕度，提高系统稳定性。
4.
点
积分作用，减小余差。
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PID控制系统仿真举例
2 K c e
ui (t )
K c e
o e
t0 Ti
u p (t )
2Ti
t
e
o
t0
t
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Ti对系统动态性能的影响
Step Response 1.4 1.2
1
Amplitude
0.8
0.6
Ti 1: 4 : 20ຫໍສະໝຸດ 0.40.20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Time (sec)
实际PD时域响应特性
e(t )
e
o
u (t ) K c K d e
t0
t
0.632 K c ( K d 1)e
K c e
o
t0 Td / K d
t
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理想PD频率特性
Bode Diagram Gm = Inf , Pm = Inf 70
培训课件过程控制 第四章 复杂过程控制系统-比值控制4.ppt
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
3、工作过程 • 稳定状态下…… • 主动量变化时…… • 从动量由于干扰而变化时……
4、优缺点 优点：不但能实现从动量跟随主动量变化，而且能
克服从动量本身干扰对比值的影响等。 缺点：主动量不受控。
• 在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随第 三个变量的变化而变化。
•为了满足上述生产工艺要求，开发并应用变比值控制。 2、系统结构：如下图所示 3、变比值控制的含义
变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量(质量 指标)、以两个流量比为副变量的串级控制系统。
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
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§4-4-3 比值控制系统设计
自动化仪表与过程控制
② 将对生产负荷起关键作用的物料流量作为主动量。 ③ 从安全角度出发，分析两种物料流量分别在失控情况 下，看哪一种情况必须保持比值一定，就将这种情况下的 那种物料流量作为主动量较为合适。
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§4-4-3 比值控制系统设计
自动化仪表与过程控制
自动化仪表与过程控制
第四章 复杂过程控制系统
§4-4 比值控制 §4-4-1 比值控制原理 §4-4-2 比值控制系统的结构类型 §4-4-3 比值控制系统设计 §4-4-4 比值控制系统整定 §4-4-5 应用举例
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§4-4-1 比值控制原理
自动化仪表与过程控制
一、方法的产生
在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成
自动化仪表与过程控制--第四章 执行器-666
4.1 执行器
4．2．2 安全火花防爆等级
电路电压限制在DC 30V，各种爆炸性混合物按
最小引爆电流分为三级，如表4-1所示。
表4-1 爆炸性混合物的最小引爆电流
级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
最小引爆电流（mA） i＞120
70＜i＜120 i≤70
爆炸性混合物种类 甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳 乙烯、乙醚、丙烯晴等 氢、乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤气等
双位控制系统。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
4.1 执行器
4．1．2 电-气转换器 将4～20mA的电 流信号20～100Kpa 的标准气压信号。
力平衡式电-气转换 器如图4-9所示。
I 改变电磁铁吸力 杠杆偏转 改变挡板与 喷嘴间的距离 背压p变化 气动放大器放大
产生作用与 作用与波纹管改变输出压力P 杠杆的反馈力使杠杆平衡使P∝I
2 本安仪表 将各种极端操作状态下可能发生的火花都限制在 爆炸性气体的点火能量之下。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
4.1 执行器
（1）安全火花防爆系统 如图4-18所示。
① 在危险现场使用的仪表必须是本安型的
② 现场 仪表与危险场 所之间的电路 连接必须经过 防爆栅
自动化仪表与过程控制
Y SH X
件和阀内件组 缺点是上、 直通单座阀
直通双座阀
成。
下阀芯不能保
角形阀
1按结 构形式和阀 座数目分类
证同时关闭，
泄漏量比单座 阀大，单价座调节阀的缺点是，调节流体对 阀 格芯较蝶有贵阀 作。用力分，合流流如型型三图三通通阀4阀-2所自示动。VO化型型仪隔球球表膜阀阀与阀过阀程芯芯控制
过程控制系统与仪表课后习题答案完整版
第1章思考题及习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
组成：参照图1-1。
1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统及数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统及计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路及多回路控制系统、开环及闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统1-5 什么是定值控制系统?解答：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。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数及控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性：。
系统在动态过程中，被控参数及控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
二者之间的关系：1-7 试说明定值控制系统稳态及动态的含义。
为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？解答：稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。
华南理工过程控制第4章PPT学习教案
⑵ 对检测变送信号的处理
检测变送信号的数据处理包括信号补偿、线性 化、信号滤波、数学运算、信号报警和数学变 换等。
第15页/共68页
① 信号补偿
热电偶检测温度时，由于产生的热电势不仅与热端温度有关，也与冷端温度有 关，因此需要进行冷端温度补偿；
热电阻到检测变送仪表之间的距离不同，所用连接导线的类型和规格不同，线 路电阻不同，因此需要进行线路电阻补偿；
隔膜阀
适用于有腐蚀性介质的场合
蝶阀
适用于有悬浮物的介质、大流量、压差小、允许大泄漏量的 场合
三通阀
适用于分流或合流控制的场合
高压阀
适用于高压控制的特殊场合
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⑵ 控制阀气开、气关形式的选择 对于一个具体的控制系统来说，究竟选气
开阀还是气关阀，即在阀的气源信号发生 故障或控制系统某环节失灵时，阀是处于 全开的位置安全，还是处于全关的位置安 全, 要由具体的生产工艺来决定 。
4.2.4执行器(气动薄膜控制阀)的 选择
根据使用的能源种类，控制阀可分为气动、 电动和液动三种。其中气动控制阀具有结 构简单，工作可靠，价格便宜，防火防爆 等优点，在自动控制中用得最多，故以下 的讨论仅涉及气动控制阀。
控制阀选择的内容包括：结构形式及材质 的选择，口径大小及开闭形式的选择，流 量特性的选择，以及阀门定位器的选择等。
蝶阀，高压阀，偏心旋转阀和套筒阀等。
直通阀和角阀供一般情况下使用，其中直通单座阀适用于要求泄漏量小的场合； 直通双座阀适用于压差大、口径大的场合，但其泄漏量要比单座阀大； 角阀适用于高压差、高粘度、含悬浮物或颗粒状物质的场合。 三通阀适用于需要分流或合流控制的场合，其效果比两个直通阀要好； 蝶阀适用于大流量、低压差的气体介质； 隔膜阀则适用于有腐蚀性的介质。
过控技术第四章变送器和转换器
直接作用式仪表 这种仪表不需要辅加能源，只是传感器从被 测（控）介质中取得能量，就足以推动执行器动 作，故又称自力式仪表。常见的有浮球式液位调 节器、膨胀式温度调节器和燃气压力直接作用调 节器等。它们将传感器、控制器及执行器等组合 在一起，习惯上称为调节器。它们结构简单，不 产生火花，使用安全，维修方便，适用于控制精 度要求不高的场合。
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使用常规仪表的中央控制室
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早期的DCS控制系统
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DCS控制系统
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4.1 变送器
变送器和转换器的作用是分别将各种工艺 变量(如温度、压力、流量、液位)和电信号 （如电压、电流、频率、气压信号等）转换成 相应的统一标准信号(4-20mA电流信号）。
变送器分类：气动变送器 电动变送器
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概述
力平衡式差压变送器包括: 测量部分 杠杆部分 位移检测放大器 电磁反馈机构
工作原理：力矩平衡原理。
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测量部分是将被测差压⊿Pi转换成相应的输入力Fi，该力 与电磁反馈机构输出的作用力Ff一起作用于杠杆系统，使杠杆 系统产生微小的偏移，在经位移检测放大器转换成统一的直流 电流输出信号。
由于采用了深度负反馈，因而测量精度较高，而且保证了 被测差压⊿Pi和输出电流Io之间的线性关系。
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根据使用能源的不同,单元组合仪表主要分 分 为气动单元组合仪表和电动单元组合仪表。 类
单元组合仪表一般可以分为七大类单元。
变送单元(B) 控制单元(T) 显示单元(X) 计算单元(J) 给定单元(G) 转换单元(Z) 辅助单元(F)
在电动单元组合仪表中还包括执行单元(K)。 9
气动单元组合仪表是以 0.14MPa压缩空气为
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例4-2 已知被测参数的最大波动范围为4000-5000Pa,按照 不进行零点迁移和进行零点迁移分别选择测量变送器，并 分析精度为1.0级时各自变送器的基本误差值和仪表灵敏 度。