2022年2022年控制仪表复习总结 .pdf

绪论1 控制系统的组成：调节器、执行器、变送器2 联络信号和传输方式：控制仪表及装置采用统一信号传输气动单元组合仪表：kPa10020气压信号电动单元组合仪表：DDZ-II型mA100直流电流DDZ-III型mA204直流电流或者V51直流电压注：国际标准信号：电流mA204，电压V513 电流信号传输和电压信号传输电流信号：仪表之间相互串接，一台仪表发生故障影响其它仪表的使用，适合远距离传送 ；电压信号：仪表之间相互并联，增加或取消某个仪表不影响其他仪表的工作，容易引入误差， 不适合远距离传送4. 变送器的信号传输：四线制传输：供电电源和输出信号各用两根线；电源与信号分别传送，对电流信号零点及元器件功耗无严格要求两线制传输：两根传输导线既是电源线，又是信号线；节省电缆线和安装费用，有利于安全防爆；采用这种方式，电流信号下限不能为零，DDZ-II仪表只能用四线制5. 本质安全防爆两个必要条件：自身不产生非安全火花；安全场所的非安全火花不能窜入危险场所实现方法：在现场使用本质安全型防爆仪表，在控制室和危险场所仪表之间设置安全栅注意：除了上述之外，还需注意系统的安全和布线调节器1.调节器的正作用和反作用偏差：sixx（ix变送器输出，sx给定值）正偏差0反偏差0正作用调节器：如果偏差0，调节器输出变化量0y反作用调节器：如果偏差0，调节器输出变化量0y2.调节器的运算规律调节器的输出信号通常是指其变化量y，其实际输出为yyy比例运算（ P）数学表达式：pKy（pK为比例增益）传递函数：PKsEsYsW)()()(特点：响应非常及时，没有丝毫滞后，系统有余差名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - 比例度：%1001PK比例积分运算（PI）理想的数学表达式：)1(dtTKyIP（IT积分时间）传递函数：)11()(sTKsWIP实际数学表达式：)1)(1(1IiTKtIPeKKy传递函数：sTKsTKsWIIIP1111)(，积分增益)0()(yyKI实际 PI调节特性接近于理想PI 调节器的特性积分时间：当偏差为阶跃信号时，调节器的积分输出增大到与比例输出相等所需的时间积分时间越短，积分速度越快，积分作用越强特点：能消除余差，积分作用控制动作缓慢，与比例作用组合使用调节精度：控制点最大偏差的相对变化量，表征调节器消除余差的能力%1 0 01IPKK（值越低，调节精度越高，消除余差能力越强）比例微分运算规律（PD）理想数学表达式：)(dtdTKyDP（PK微分时间）传递函数：)1()(sTKsWDP实际数学表达式：)1(1tTKDPDDeKKy（微分增益DK）传递函数：sKTsTsWDDD111K)(P理想与实际偏差较大，一般以实际为准微分时间：衡量微分作用的强弱微分时间越长，微分输入衰减越慢，微分作用越强特点：根据偏差变化速度调节，超前调节，微分作用在偏差输出恒定不变时输出为零，与比例作用组合使用名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - 比例积分微分运算规律理想数学表达式：)1(dtdTdtTKyDIP传递函数：)11()(sTsTKsWDIP实际传递函数：sKTsTKsFTsFTsWDDIIDI1111)(（F相互干扰系数）各输出波形请自行参考课本3.基型控制器：对来自变送器的V51直流电压信号与给定值相比较，所产生的偏差信号进行 PID运算，输出mA204的控制信号组成：输入电路、PD电路、 PI电路、输出电路、软手操电路和硬手操电路4.输入电路：采用偏差差动电平移动电路（特点）输入电路的作用：将偏差信号放大两倍后输出电平移动，将以0V 为基准的信号转换成以电平BV（10v）为基准的输出信号采用偏差差动输入的作用：使导线上压降陈伟共模信号，消除导线上压降引起的误差进行电平移动的作用：使运算放大器工作在允许的共模电压输入范围以内5.PD 电路特点：同向端输入，输入阻抗高可通过开关切换为分作用在微分网络中可调节微分时间，在比例电路中可调整比例增益6.PI电路IC与MC组成比例运算电路MC与IR组成积分运算电路9.1k1kIC2+-RpR1RRp01oV2oVn11DCDRKD9.1k1kIC3+-DW2.4k3.9kBG24VK1K2K3X10X1MCIRIC2oV3oV名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - 简化电路：积分饱和问题：只要2oV存在，就不断对电容MC充放电，是电容电压不断增加或减小，而输出电压是被限幅的，一旦被限幅，输出电压就与电容电压不相等，产生“积分饱和”积分饱和的后果：当输入电压极性相反，输出电压不能及时跟上输入电压的变化，从而使控制品质变坏。积分饱和解决办法：借助于特种控制器，在输出被限制时，停止对电容继续按原来的方向充放电，使其不产生积分饱和现象7.输出电路：电压电流转换电路负载电压以零伏为基准8.手动操作电路软手操：按一定速率积分输出硬手操：迅速调节输出无平衡无扰动切换无扰动切换：自动手动切换瞬间调节其输出不发生变化无平衡切换：自动手动切换时无需实现调平衡DDZ-III型调节器中，无平衡无扰动切换：软手操软手操；硬手操自动；自动自动；硬手操软手操必须进行平衡操作切换：硬手操硬手操；软手操自动无平衡无扰动切换的实现软手操自动：有自动切换到软手操，如果不扳动软手操开关，运算放大器的反向端是浮空的，由于电路具有保持性，使输出不变自动硬手操）(软手操：手动操作时，电容IC右端右端接在BV，电容MC左端与运放的反向端连接，电位也为BV，因此切换瞬间电容无充放电现象。9.抗积分饱和调节器积分反馈限幅调节器：采用反馈电路限制积分电容两端电压，不让其超出正常工作范围PI-P调节器：在调节器输出超过正常工作范围时，切除积分作用，使其在纯比例调节规律下工作变送器1.基本概念与原理作用：将各种工艺参数转换成统一标准信号构成：测量部分，放大部分，反馈部分原理：负反馈原理IC3+-ICIR2oVmVo 2FVTVMC3oV名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - 输入输出关系：要求输出信号与输入信号之间保持线性关系输入输出关系)(1ozCxKFKy1KF，采用深度负反馈，实现输入输出线性化2.量程调整、零点迁移和零点调整量程调整：使变送器输出信号的上限值与输入信号（测量范围）上限值相对应零点调整和零点迁移：使变送器的输出信号的下限制与测量信号下限值相对应当0minx，零点调整；当0minx，零点迁移零点迁移后，仅改变了测量的上下限，未改变变送器的量程（测量范围大小不变）调整原因：变送器输出信号范围不变（1-5V 或 4-20mA） ，而输入信号随使用场合不同而变化3.力平衡式差压变送器oI00010)(FKllFAllPKffP，输入与输出线性，ffPKlltgAllK231量程调整：改变矢量角和电磁结构常数fK，其中变化范围154，可调整量程比83.3415tgtg；电磁结构常数可改变量程比3：1，故可调整最大量程比为1:4.111:38.3注意：量程调整时，调整量程范围会影响仪表的零点，而调整零点时会影响仪表的满度值，故在进行仪表的调校时，应反复调整差动变送器：将位移信号转换成电压信号4.电容式差压变送器特点：采用差动电容作为检测元件，没有杠杠机构，无机械传递及调整装置，测量部分采用全封闭焊接固体化结构。结构简单，性能稳定、可靠，具有较高的精度构成：测量部分和转换放大部分。输入压差作用于感压膜片，产生位移，使差动电容的电容量发生变化。电容电流转换电路转换成电流信号，与调零信号相加后同反馈信号比较，差值放大后得倒整机输出电流。注：电容差值与位移关系非线性，两电容的差与两电容的和之比与位移成线性关系5.温度变送器 : 品种：直流毫伏变送器热电偶温度变送器热电阻温度变送器组成：量程单元（不一致）：对输入信号、零点调整迁移信号、反馈信号叠加运算、且有一些其他功能，如冷端温度补偿、非线性补偿、以及引线电阻补偿放大单元（相同） ：对信号进行电压放大和功率放大。对仪表进行隔离供电直流交流直流（DC/AC/DC）变化电路，既为功率放大电路提供方波电源，又为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - 运放和量程单元提供直流电。热电偶温度计中冷端温度补偿 ：在四线制温度计中用两个铜电阻对冷端温度补偿线性化原理 ：热电偶温度变送器：由于热电势与温度非线性，欲使输入信号与温度线性化，只需负反馈电压与温度关系非线性，且与热电偶的特性相一致，则经过两者相减后，放大电路的输入线性化，而放大电路输入输出是线性的，即整个电路线性化。（折线法近似非线性曲线）热电偶温度变送器：采用正反馈方法，把热电阻两端电压信号引至运放的同相端，使运放的输出电流随热电势增大而增大（即随升高而增大），从而补偿热电阻随被测温度升高其变化量逐渐减小的趋势，最终使得放大电路输入信号与温度线性关系。热电偶温度及的引线电阻补偿电路：三线制连接，只有量程上限完全补偿。6.四线制温度变送器的隔离式输入输出电路目的：为了避免输入和输出之间有直接点的联系（隔离式供电将温度变送器与外部电源隔离，隔离输出电路将变送器和外部负载隔离）实现方法：采用直流交流直流变化器读变送器进行隔离式供电，在功率放大器和输出回路之间设置隔离变送器（电流互感器）。运算器1 乘除器矩形脉冲调高调宽式乘除器构成原理：应用调宽电路与调高电路构成基本的乘法运算，采用深度负反馈原理， 在1x和S之间加入反馈乘法电路，使输出信号的大小仅与输入信号21、xx和3x有关，而不受变量漂移和非线性的影响。乘法器的乘法关系：占空系数S和控制矩形脉冲幅值的信号x相乘乘除器的输入输出关系：oV1)()(1(33221KVKVVNiii（乘除运算）其中：3210NNNNN，1222NVKp1333NVKp采用这种运算关系的原因：可实现乘除运算、乘后开方运算、乘法运算、和除法运算等不同运算2K和3K的大小和正负均可改变，以适应气体流量测量时的温度和压力的补偿时，有：1，当33KVVoi1)(1(221KVVNViio（乘后开方）时，有：1，5当33KVVi1)(1(4221KVVNViio（乘法运算）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - 时，有：1，5当22KVVi114331KVVNViio（除法运算）2. 自激振荡时间分割器作用：实现乘除运算。输入输出关系3121113132111222VVVVkVVkV振荡器的起振条件：1131VV限幅条件：5.22N，5.23N量程条件：输入信号V51，输出信号V51或mA204工组原理较为复杂，见课本P88 3. 开方器主要用于流量的自动检测和自动控制系统一般情况下，不用乘除器作为开方器使用，因为乘除器中没有小信号切除电路相比于乘除器，去除了不必要的输入电路2、3 及两套附加偏置电路，将比例放大器的输出接至乘法电路2 的输入端，增设了小信号切除电路。输入输出关系：111ioVKV=1121iV4. 小信号切除电路：输入信号小于满量程1%时，使开方器输出为零112,时，仪表有正常输出04. 1输入电压1.4v时，4.1输入电压1,时，输出信号被切除04.1输入电压ioioioiVVVVVvVVVVV原因：输入信号很小时，放大系数非常大，输入信号的小波动会引起输出信号很大的变化执行器1.执行器基本概念组成：执行机构和调节机构两部分类别：气动、电动、液动2.气动执行机构：两种：薄膜式和活塞式薄膜式：结构简单、价格低廉、输出行程小活塞式：输出行程长、推动力大，价格昂贵，只在特殊情况下使用输入输出关系：1)1(TsKCTsAplseo（一阶滞后环节）克服非线性：在执行机构上附加阀门定位器。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - 3.阀门定位器：气动执行器的主要附件，与气动执行器配套使用作用：增大执行器的输出功率，提高阀门位置的线性度种类：气动阀门定位器：只接受气信号（kPa10020） ，需要先用电气转换器将调节器输出的电信号转换成气信号电气阀门定位器：具有电气转换和阀门定位双重功能，输入信号为电信号应用场合：增加执行机构的推力；加快执行机构的动作速度；实现分程控制；改善调节阀的流量特性。电气阀门定位器按力平衡原理工作。420mA 直流电流信号转入到转换组件的线圈中，当信号增加时，产生的电磁力矩让杠杠做逆时针偏转，使挡板靠近喷嘴，背压增大，放大后的气压信号也增大，该信号作用在调节阀的膜头上，是阀杆下移，经反馈机构杠杠的另一侧产生反馈力矩，杠杠做顺时针偏转，当两力矩相平衡时，阀杆就稳定在某一位置。气动阀门定位器接受调节器输出信号，成比例输出信号控制气动执行器，执行器阀杆的位移通过机械装置反馈到阀门定位器上，组成闭环，使输入输出线性。4.调节机构（调节阀）流量方程：Q）/（09.53hmpA（开度增大，阻力系数减小，流量增加。）流量系数：国际单位制： 在控制阀全开， 阀前阀后压差为kPa100，流体密度3/1cmg，每小时通过阀门的流量VKA90.5工程单位制： 540的水，在 1kgf/的阀前后压差下每小时流过阀门的流量，用 C表示注：不同单位制下流量系数不同，工程单位制，用C 表示；英制单位，用CV 表示在采用国际单位制时，若p 的单位取为kPa 时，则VK值的计算公式如下：pQKV10可调比 R：minmaxQQR反映调节法调节能力的大小理想可调比：RminmaxVVKK，统一设计时，30R实际可调比：管路系统的阻力变化或旁路开启，调节阀前后压差发生变化名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - rRSR（ppSmin，调节法全开时阀前压差与系统总压差之比）5.流量特性：所谓流量特性，是指介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系理想流量特性：阀前后压差不随开度而变化时的流量特性，又叫固有流量特性有直线、等百分比、抛物线、快开几种工作流量特性：实际生产中，阀前后压差总是变的，从而使理想流量特性发生畸变流量特性的畸变程度随S值的减小而逐渐增加，即直线特性趋近于快开特性，等百分比特性则趋近于直线特性。6.气动执行器的选型： 、结构型式选择调节机构选择：考虑被测介质的工艺条件和流体特性执行机构的选择：通常薄膜式，特殊活塞式作用方式的选择（气开、气关）：从生产工艺上安全要求出发，考虑原则：信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。气开：阀门开度随信号压力增大而增大气关：阀门开度随信号压力增大而减小调节阀流量特性的选择常用特性：直线；等百分比；快开（只用于两位式调节和程序控制系统）考虑原则：考虑控制系统的控制品质考虑工艺的配管情况考虑负荷变化的影响名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - -