化工仪表与自动化知识点

知识点1自动化系统的分类:自动检测系统，自动信号和联锁保护系统，自动操纵及自动开停车系统，自动控制系统知识点2开环系统：自动机在操作时，一旦开机，就只能是按照预先规定好的程序周而复始地运转。

这时被控变量如果发生了变化，自动机不会自动地根据被控变量的实际工况来改变自己的操作。

闭环系统：有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或接近于所希望的状态。

知识点3自动控制系统的分类：定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统知识点4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）。

动态——被控变量随时间变化的不平衡状态。

知识点5控制系统的品质指标假定自动控制系统在阶跃输入作用下，被控变量的变化曲线如下图所示，这是属于衰减振荡的过渡过程知识点6研究对象的特性，就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系。

这种对象特性的数学描述就称为对象的数学模型。

分为静态数学模型和动态数学模型知识点7数学建模有机理建模，实验建模和混合建模知识点8放大系数：在稳定状态时，对象一定的输入就对应着一定的输出，这种特性称为对象的静态特性。

K 在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。

K 越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大，即被控变量对这个量的变化越灵敏。

时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，被控变量变化得越慢，到达新的稳定值所需的时间越长。

当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的63.2％所需的时间，就是时间常数T ，实际工作中，常用这种方法求取时间常数。

显然，时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳定值所需的时间也越大。

知识点9大气压力绝对压力表压p p p -=绝对压力大气压力真空度p p p -=知识点10弹性式压力计:弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。

具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。

知识点11电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。

1.该仪表的测量范围较广，分别可测7×10-5Pa 至5×102MPa 的压力，允许误差可至0.2％；2.由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。

知识点12 椭圆齿轮流量计涡轮流量计电磁流量计漩涡流量计质量流量计知识点13直读式物位仪表差压式物位仪表浮力式物位仪表电磁式物位仪表核辐射式物位仪表声波式物位仪表光学式物位仪表。

知识点14差压式液位计迁移同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。

电容式物位传感器核辐射物位计称重式液罐计量仪001001101111Q K K K Q T T p p Q T P ⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=ρρρ()()w f t f w t Q K ρρρρρρ--=知识点15通型热电偶②铠装热电偶③表面型热电偶④快速热电偶知识点16热电偶的冷端温度补偿:冷端温度保持为０℃的方法冷端温度修正方法校正仪表零点法补偿电桥法补偿热电偶法。

知识点17双位控制:将上图中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可成为一个具有中间区的双位控制器，见下图。

由于设置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。

知识点18比例控制：优点：反应快，控制及时缺点：存在余差若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。

反之，比例度就要选大些以保证稳定知识点19积分控制积分控制能消除余差输出信号的变化速度与偏差和积分速度成正比，其控制作用随着时间的累积而逐渐增强，所以控制动作缓慢，会出现控制不及时。

积分时间TI越短，积分速度KI 越大，积分作用越强；反之，积分时间越长，积分速度越小，积分作用越弱；若积分时间为无限长，就没有积分作用，而成为纯比例控制了。

知识点20微分控制具有超前控制功能它的输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除偏差，所以不能单独使用这种控制器，它常与比例或比例积分组合构成比例微分或三作用控制器。

知识点21比例微分控制系统的过渡过程：微分作用具有抑制振荡的效果，可以提高系统的稳定性,减少被控变量的波动幅度,并降低余差。

微分作用也不能加得过大，否则会引起被控变量大幅度的震荡。

微分控制具有“超前”控制作用。

知识点22比例积分微分控制：既能快速进行控制，又能消除余差，具有较好的控制性能。

知识点23执行器：气动执行器电动执行器液动执行器知识点24控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。

它取决于阀芯的形状（1）直线流量特性：在流量小时，流量变化的相对值大；在流量大时，流量变化的相对值小。

即：当阀门在小开度时控制作用太强；而在大开度是控制作用太弱。

（2）等百分比（对数）流量特性：在同样的行程变化值下，流量小时，流量变化小控制平稳缓和；流量大时，流量变化大，控制灵敏有效。

在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性串联管道流量增加，管道上的压力损失增加，所以阀全开时的流量Qmax减小，故可调范围降低。

并联管道时，当控制阀全关时，流体将从旁路通过，所以Qmin增加，可调范围减小。

知识点25简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统选择被控变量的原则：①要有代表性。

被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般是工艺过程中较重要的变量。

②受较多干扰作用的影响。

被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响而变化。

为维持其恒定，需要较频繁的调节。

③滞后要小。

尽量采用直接指标作为被控变量。

当无法获得直接指标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。

④灵敏度要高。

被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。

⑤成本要低。

选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。

⑥应该独立可控。

被控变量应是独立可控的。

简单控制系统的被控变量应避免和其他控制系统的被控变量有关联关系。

知识点26对象静态特性的影响：控制通道的静态特性由控制通道放大系数K0表征从控制有效性考虑，K0应适当的大一些干扰通道的静态态特性由干扰通道放大系数Kf表征希望Kf小一些，Kf越小干扰变量对被控变量的影响就越小对象动态性质对控制质量的影响：控制通道：时间常数T0小一点好，不能过大，否则会使控制变量的校正作用迟缓，超调量增大，过渡时间增长尽量避免控制通道纯滞后τ0的存在，无法避免时应使之尽可能小。

干扰通道：干扰通道的时间常数Tf越大，表示干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于控制。

如果干扰通道存在纯滞后τf，控制作用也推迟了时间τf，使整个过渡过程曲线推迟了时间τf，只要控制通道不存在纯滞后，通常是不会影响控制质量的。

知识点27操纵变量的选择原则：①操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。

②操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。

③在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性与生产的经济性。

比如不宜选择代表生产负荷的变量作为操纵变量，以免产量受到波动。

28测量元件特性的影响：1.测量元件的时间常数：测量元件的时间常数越大，测量滞后现象愈加显著。

控制系统中的测量元件时间常数不能太大，最好选用惰性小的快速测量元件。

2.测量元件的纯滞后当测量存在纯滞后时，会严重地影响控制质量。

3.信号的传送滞后测量信号和控制信号的传送滞后信号的传送滞后，应尽量减小。

知识点29控制器控制规律的选择：（1）比例控制器：控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。

特点：控制器的输出与偏差成比例。

当负荷变化时，比例控制器克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。

在常用控制规律中，比例作用是最基本的控制规律，不加比例作用的控制规律是很少采用的。

纯比例控制系统在过渡过程终了时存在余差。

负荷变化越大，余差就越大。

（2）比例积分控制器：控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。

特点：由于在比例作用的基础上加上积分作用，而积分作用的输出是与偏差的积分成比例，只要偏差存在，控制器的输出就会不断变化，直至消除偏差为止。

积分作用会使稳定性降低，虽然在加积分作用的同时，可以通过加大比例度，使稳定性基本保持不变，但超调量和振荡周期都相应增大，过渡过程的时间也加长。

（3）比例积分微分控制器：特点：微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化速度成比例，它对克服对象的滞后有显著的效果。

在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性，再加上积分作用可以消除余差。

所以，适当调整δ、TI、TD参数，可以使控制系统获得较高的控制质量。

适用于：容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统，应用最普遍的是温度、成分控制系统。

知识点30控制器正、反作用的确定：测量元件及变送器：作用方向一般是“正”的。

执行器：作用方向取决于是气开阀还是气关阀。

被控对象：作用方向随具体对象的不同而各不相同。

控制器：偏差增加，控制器的输出也增加的称为“正作用”方向；偏差减小，控制器的输出增加的称为“反作用”方向。

知识点31几种常用的工程整定法：临界比例度法：先通过试验得到临界比例度δk和临界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。

比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系统。

对于临界比例度很小的系统不适用。

对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不适用。

衰减曲线法：在闭环的控制系统中，先将控制器变为纯比例作用，并将比例度预置在较大的数值上。

在达到稳定后，用改变给定值的办法加入阶跃干扰，观察被控变量记录曲线的衰减比，然后从大到小改变比例度，直至出现4∶1或10∶1衰减比为止。

通过比例度δs和衰减周期TS,得到控制器的参数整定值。

经验凑试法：先用纯比例作用进行凑试，待过渡过程已基本稳定并符合要求后，再加积分作用消除余差，最后加入微分作用是为了提高控制质量。

A如过渡过程曲线过度振荡，可能的原因有：比例度过小、积分时间过小和微分时间过大等。

由积分时间过小引起的振荡，周期较长，如图中a所示；由比例度过小引起的振荡，周期较短，如图中b所示；由微分时间过大引起的振荡周期最短，如图中c所示。