2022年过程控制系统与仪表知识点归纳.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思检测的基本方法：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；检测外表的组成：传感器,变送器,显示外表,传输通道肯定误差 ：被测量的测量值 xi与真值 x0之差；即 =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,假如两个结合点处的温度不相等,就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,且两端温度必需不同；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、爱护管和接线盒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,运算法,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 度比较稳固场合 补偿原理： 不平稳电动势 Uba 补偿 抵消 热电偶因冷端温度波动引起的误差；1 弹性力平稳法 2 重力平稳方法 3 机械力平稳方法 4物性测量方法 压力检测方法：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： 压电材料在沿肯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,它们又重新复原到原先的不带电状态,这种现象称之为压电效应；真空度 间的关系；热电偶式真空计：利用发热丝四周气体的导热率与气体的淡薄程度 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；对于不行压缩流体例如水,节流前后流体的密度保持不变；Q=Ad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外表,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淌而切割磁力线时,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/ DQ× 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,外表指示出流量值；自动掌握： 就是在没有人直接参加的情形下,利用外加的设备或装置 掌握装置 ,使机器、设备或生产过程 掌握 对象 的某个工作状态或参数 被控量 依据预定的规律自动地运行 过程掌握系统：以表征生产过程的参量为被掌握量使之接近给定值或保持在给定范畴内的自动掌握系统；过程掌握系统组成：对象,检测元件及变送器,掌握器,执行器 过程掌握系统的分类：定值掌握系统、程序掌握系统与随动掌握系统 掌握系统的品质指标 :衰减比 n,最大偏差或超调量,余差 C,稳固时间,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掌握作用、称自衡的非震荡过程；不经振荡过程能逐步趋于新的状态的性质,无自衡非振荡过程：假如不依靠外加掌握作用,不能建立起新的物料平稳状态,这种特性称为无自衡；有自衡的振荡过程： 在阶跃作用下, 被控变量显现衰减振荡过程,最终趋于新的稳态值,称为有自衡的振荡过程；名师归纳总结 第 1 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思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 对象在受到扰动作用后,被控量不是立刻变化,而是经过一段时间后才开头变化,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；试验建模变送器 在自动检测和掌握系统中的作用,是将各种工艺参数转换成统一的标准信号,以供显示、记录或掌握之用；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,输出给显示外表或掌握器实现对温度的显示、记录或自动掌握差压变送器 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420mA DC 信号输出；被控量的挑选原就： （1）作为被控量,必需能够获得检测信号并有足够大的灵敏度,滞后要小（2）必需考虑工艺生产的合理性和外表的现状,检测点的选取必需合适；（3）以产品质量指标为被控量（4）以工艺掌握指标为被控量操纵量的挑选原就：1掌握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；道的容量滞后,可削减对被控量的影响；工艺的合理性、经济性；3扰动作用点应尽量靠近掌握阀或远离检测元件,增大扰动通 4操纵量的挑选不能单纯从自动掌握的角度动身,仍必需考虑生产前馈掌握 是指依据扰动产生校正作用的掌握方法；基本原理： 测取进入过程的扰动量外界扰动和设定值变化,并依据其信号产生合适的掌握作用去转变掌握量,已抵消 运算机掌握系统的组成：工业掌握运算机和生产过程补偿 扰动对被控量的影响；运算机掌握系统：1 操作指导掌握系统2 直接数字掌握系统3 监督掌握系统4 数据采集与监视掌握系统5 集散控制系统 6 现场总线掌握系统7 运算机集成制造系统可编程掌握器 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 牢靠性高、抗干扰才能强；2 设计、安装简洁,接线简洁,爱护便利；3 编程简洁、使用便利；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；集散掌握系统 DCS就是以微处理器为基础的集中分散型掌握系统；分级： 1 分散过程掌握级 2 集中操作监控级 3 综合信息治理级1 操作员站 2 现场掌握站 3 工程师站 4 服务器和其它功能站DCS功能特点 :1分散掌握,集中治理；2硬件积木化,软件模块化；3采纳局域网通信技术；4完善的掌握功能； 5治理才能强； 6安全牢靠性高；7高性能 /价格比；DDZ与 III 区分 ：DDZ-型是分立元件放大器,主输出 05V,帮助输出 010mA,这样故障输出 0 和零点输出0 就辨论不出来；型是集成电路放大器,主输出 420mA,帮助输出 15V,可以辨论出故障输出 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；这样外表检修工简洁判定是否故障；PID 参数特点、优点、掌握规律：P（灵敏简洁,只有一个整定参数但存在误差）PI （排除静差灵敏,但对滞后较大对象,调剂慢且成效不好）PD（增进调剂系统的稳固性,调小比例度加快调剂过程减小动态偏 / 静差,系统对高频干扰特殊明显,输出易夹杂高频干扰）后大,负荷大的对象,用复杂掌握系统）PID（综合了各类调剂作用的优点所以有更高的调剂质量,对于滞PID 调剂器的参数 K、IT、T对掌握性能各有什么影响？D 1 比例增益 K反映比例作用的强弱,K越大,比例作用越强,反之亦然；比例掌握克服干扰才能较强、掌握准时、过渡时间短,但在过渡过程终了时存在余差 2积分时间 IT 反映积分作用的强弱,T越小,积分作用越强,反之亦然；积分作用会使系统稳固性降低,但在过渡过程终止时无余差；3 微分时间 T反映积分作用的强弱,D T越大,积分作用越强,反之亦然；微分作用能产生 D超前的掌握作用,可以削减超调,削减调剂时间；但对噪声干扰有放大作用；检测外表的基本技术指标a肯定误差 : 检测外表的指示值X与被测量真值 X t 之间存在的差值称为肯定误差 ；表示为： = X X t b基本误差： 基本误差是一种简化的相对误差,又称引用误差或相对百分误差；定义为：基本误差最大肯定误差max100%（精度）等级系列；如0.5 级,1.0 级, 1.5 级等；外表量程c精确度（精度） 为了便于量值传递,国家规定了外表的精确度名师归纳总结 第 2 页,共 5 页- - - - - - -读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思 精选学习资料 - - - - - - - - - 外表精度的确定方法：将外表的基本误差去掉“ ± ” 号及“ ” 号,套入规定的外表精度等级系列；d灵敏度和辨论率：灵敏度表示指针式测量外表对被测参数变化的敏锐程度,常以外表输出（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= Y/ X （S 外表灵敏度； Y 外表指针位移的距离（或转角） ； X 引起 Y的被测参数变化量； ）辨论率表示外表显示值的精细程度；辨论力是指外表能够显示的、最小被测值；e变差： 在外界条件不变的情形下,同一外表对被测量进行来回测量时（正行程和反行程）,产生的最大差值与测正反行程最大差值变差=× 100%量范畴之比称为变差；量程 造成变差的缘由 : 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,运算出实际"信号行程 " 关系同理论关系之间关系f 响应时间： 当用外表对被测量进行测量时,被测量突然变化以后,外表指示值总是要经过一段时间后才能精确地显示出来；这段时间称为响应时间；气开、气关式挑选 依据：按掌握信号中断时,保证生产设备安全的原就确定；调剂阀正反作用的挑选 是在调剂阀气开气关确定后,其 确定原就是 ：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？积分饱和现象如何排除：内因 ：掌握器包含积分掌握作用,外因： 掌握器长期存在偏差；在偏差长期存在的条件下,掌握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：具有积分作用的掌握器在单方向偏差信号的长时间作用下,其输出达到输出范畴上限值或下限值以后,积分作用将连续进行,从而使掌握器脱离正常工作状态；排除： 1 采纳积分分别的方法,将 PID 调解分开执行 2对积分调剂器设置输出高低限幅,达到限幅时临时切除积分作用（使其跟踪）温度传感器双金属片 ：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；,待偏差减小后再投入 受热后由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲；如将双金属片制成螺旋形,当温度变化时,螺旋的自由端便环围着中心轴偏转,带动指针在刻度盘 上指示出相应温度值；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；饱和蒸汽,受热后体积膨胀,压力增大；原理 : 封闭容器中的液体气体或低沸点液体的热电偶 ：依据热电效应,将两种不同的导体接触并构成回路,如两个接点温度不同,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；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、程序掌握系统（特点、概念）定值 ：在定值掌握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；随动 ：设定值随时可能变化；前馈掌握的原理：当系统显现扰动时, 立刻将其测量出来, 通过前馈掌握器, 依据扰动量的大小转变掌握变量,以抵消扰动对被控参数的影响；前馈掌握的特点：称为“ 扰动补偿”；假如补偿精确,被调变量不会变化,能实前馈掌握器是按是依据干扰的大小进行掌握的,现“ 不变性” 掌握；前馈掌握是开环掌握,掌握作用几乎与干扰同步产生,是事先调剂,速度快；前馈掌握器的掌握规律不是 PID 掌握,是由对象特性打算的；前馈掌握只对特定的干扰有掌握作用,对其它干扰无效；程序 ：设定值按预定的时间程序变化；过渡过程的品质指标 n；（4-10 ）衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比 过渡过程的最大动态偏差：对于定值掌握系统,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；残余偏差 C： 过渡过程终止后,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；调剂时间：从过渡过程开头到过渡过程终止所需的时间；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：过渡过程开头至被控参数到达第一个波峰所需要的时间；现场总线 ：连接智能测量与掌握设备的全数字式、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）与工业过程掌握单元、现场操作站等互连而成的运算机网络；具 有全数字化、分散、双向传输等特点,是工业掌握网络向现场级进展的产物；调剂阀的流量特性：调剂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,即调剂阀某一开度的流量与全开流量之比；全行程之比；为相对开度,即调剂阀某一开度的行程与名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页如阀门前后压差保持不变读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思 精选学习资料 / 快开流量特性）- - - - - - - - - / 总是变化（抱负/ 工作）特性；（直线 / 等百分比（对数）过程掌握系统各个部分组成作用掌握器或调剂器 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, 按肯定的调剂规律进行运算,输出掌握信号,以推动执行器动作,对生产过程进行自动调剂；执行器 是自动掌握系统中的重要组成部分,作用是将掌握器送来的掌握信号转换成执行动作,从而操纵进入设备的能量,将被控变量爱护在所要求的数值上或肯定的范畴内； 检测变送器 是把传感器的输出信号转变为可被掌握器识别的信号 信号同时放大以便供远方测量和掌握的信号源）的转换器；单回路掌握系统参数整定步骤方法：（或将传感器输入的非电量转换成电、稳固边界法（临界比例度法） ：属于闭环整定方法,依据纯比例掌握系统临界振荡试验所得数据（临界比例度 Pm和振荡周期 Tm）,按体会公式求出调剂器的整定参数；置调剂器 Ti , Td=0 ,比例度 P较大值,将系统投入运行；逐步减小 P ,加干扰观看,直到显现等幅减振荡为止；记录此时的临界值 Pm和 Tm；依据 Pm和 Tm,按体会公式运算出掌握器的参数整定值；1）. 在闭环掌握系统里,将掌握器置于纯比例作用下（iT = ,dT =0 ）,从小到大逐步增大掌握器的比例增益KC,直到显现等幅振荡曲线为止；2）. 此时的比例度称为临界比例度 cr,相邻两个波峰间的时间间隔,称为临界振荡周期 T； 据此确定掌握器参数；cr3）. 依据 cr和 T值,采纳体会公式,运算出调剂器各个参数；、衰减曲线法 也属于闭环整定方法,但不需要查找等幅振荡状态,只需查找正确衰减振荡状态即可；（1）把调剂器设成比例作用（Ti= , Td=0）置于较大比例度,投入自动运行；（2）在稳固状态下,阶跃转变给定值（通常以5%为宜）,观看调剂过程曲线；（3）适当转变比例度,重复上述试验,到显现中意的衰减曲线为止；登记此时的比例度Ps 及周期 Ts；n=10:1 时,记 Ps 及 Ts 响应曲线法 属于开环整定方法；以被控对象掌握通道的阶跃响应为依据,通过体会公式求取调剂器的正确参数整定值；方法：不加掌握作用,作掌握通道特性曲线；依据试验所得响应曲线,找出广义对象的特性参数 K0、T0、 0, 体会法 凭体会凑试；其关键是“ 看曲线,调参数”；在闭环的掌握系统中,凭体会先将掌握器参数放在一个数值上,通 过转变给定值施加干扰,在记录仪上观看过渡过程曲线,依据 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,直到获得中意的曲线为止；在缺乏实际体会或过渡过程本身较 体会法的方法简洁,但必需清晰掌握器参数变化对过渡过程曲线的影响关系；慢时,往往较为费时；串级掌握系统： 系统有两个闭合回路,形成内外环；主变量是工艺要求掌握的变量,副变量是为了更好地掌握主 变量而选用的帮助变量；主（定值）、副（随动掌握系统）调剂器是串联工作的,主调剂器的输出作为副调剂器的给定值；系统通过副调节器输出掌握执行器动作,实现对主参数的定值掌握. 串级掌握系统 ,就是采纳两个掌握器串联工作,主掌握器的输出作为副掌握器的设定值,由副掌握器的输出去操纵调剂阀,从而对主被控变量具有更好的掌握成效；建立串级掌握数学模型 ; 1主回路设计 : 主回路设计与单回路掌握系统一样2副回路的挑选: 副回路设计中,最重要的是挑选副回路的被控参数（串级系统的副参数）；副参数的挑选一般应遵循下面几个原就：主、副变量有对应关系副参数的挑选必需使副回路包含变化猛烈的主要干扰,并尽可能多包含一些干扰副 参数的挑选应考虑主、副回路中掌握过程的时间常数的匹配,以防“ 共振” 的发生应留意工艺上的合理性和经 济性 3主、副调剂器调剂规律的挑选 : 在串级系统中,主参数是系统掌握任务,副参数帮助变量；这是挑选调剂规律 的基本动身点；主参数是生产工艺的主要掌握指标,工艺上要求比较严格；所以,主调剂器通常选用 PI 调剂,或 PID 调剂；掌握副参数是为了提高主参数的掌握质量,对副参数的要求一般不严格,答应有静差；因此,副调 节器一般选 P 调剂就可以了；4主、副调剂器正、反作用方式的确定 使系统构成负反馈；: 对串级掌握系统来说,主、副调剂器正、反作用方式的挑选原就依旧是挑选时的次序是：1、依据工艺安全或节能要求确定调剂阀的正、反作用；2、依据副回路构成负反馈的原就确定副调剂器的正、反作用；3、依据主回路构成负反馈的原就,确定主调剂器的正、反作用；过程掌握： 指依据工业生产过程的特点,采纳测量外表、执行机构和运算机等自动化工具,应用掌握理论；设计工业生产过程掌握系统,实现工业生产过程自动化；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思压力容器 1 应挑选气关式；由于在气源压力中断时,调剂阀可以自动打开,以使容器内压力不至于过高而出事故；2 调剂阀应挑选气关式,就压力掌握器PC应为反作用；当检测到压力增加时,掌握器应减小输出,就调剂阀开大,使容器内压力稳固；或：当检测到压力减小时,掌握器应增大 输出,就调剂阀开小,使容器内压力稳固；如下列图的 锅炉汽包液位掌握系统,为保证锅炉不被烧干：1 应挑选气关式；由于在气源压力中断时,调剂阀可以自动打开,以保证锅炉不被烧干；2 调剂阀应挑选气关式,就液位掌握器 LC 应为正作用；当检测到液位增加时,掌握器应加大输出,就调剂阀关小,使汽包液位稳固；或：当检测 到液位减小时,掌握器应减小输出,就调剂阀开大,使汽包液位稳固；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页