化工仪表自动化 过程控制仪表.pptx

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1、1过程控制系统及仪表第1页/共58页2第4章 过程控制仪表控制仪表2基本控制规律3 1位式控制律PID控制律模拟式调节器数字式调节器可编程控制器第2页/共58页34-1 基本控制规律过程控制系统的质量，取决于被控对象的特性和控制器的特性。控制器的特性，就是指控制器的输出信号随着输入信号变化的规律，又称作控制律。euy r第3页/共58页4在过程控制中，控制器的输入定义为被控变量的测量值 y与给定值 r 的偏差 e：e=y-r控制器的输出就是控制器送往执行器的控制信号u，所以控制器中的控制规律可以用下面的数学关系表示：u=f(e)e0,并且在控制律作用下u0,称为正作用控制器；e0,并且在控制律

2、作用下uQ1设定值阀门开度曲线2：流量为Q0，阀开度变化对应温度变化温度O点至B点至A点，有余差第22页/共58页233 比例度对控制过程的影响比例度影响可从静态和动态两个方面考虑：比例度对系统静态特性的影响是：比例度越大（即放大倍数 KP越小），控制过程达到稳态时的余差就越大。对动态特性的影响：减小比例度虽然有利于减小系统达到新稳态时的余差，但却影响到系统的动态特性，使控制系统的稳定性下降。第23页/共58页24对动态特性的影响：可由图所示的在干扰作用下的闭环响应曲线来描述：第24页/共58页25三、比例积分控制 1积分控制规律及其特点积分控制规律是指控制器的输出变化量与输入偏差的积分成比例

3、关系，一般用字母 I 表示。积分控制规律的数学表达式为：式中 Ti 积分时间常数，是一个可调的常数。第25页/共58页26积分控制作用的特性可用在阶跃输入作用下的输出响应曲线来说明。当控制器输入偏差 e 为常数 A 时：第26页/共58页27积分控制规律的特点：积分作用能够消除余差，这是积分控制规律最显著的特点，也是它的突出优点；主要缺点：不能及时克服干扰，会使控制系统的稳定性下降；积分控制规律一般不单独使用。第27页/共58页282比例积分控制规律比例积分控制规律是由比例控制规律和积分控制规律结合而成，一般用字母 Pl 表示。比例积分控制规律的数学表达式为：PI 控制规律结合了比例控制与积分

4、控制的优点，既能快速克服干扰，又能消除系统的余差。第28页/共58页29当输入偏差是一幅值为 A 的阶跃变化时，比例积分控制器的输出变化特性曲线如图 4-10 所示。第29页/共58页303积分时间对过渡过程的影响比例积分（PI）控制器，比例度（或比例增益 KP）和积分时间 Ti 都是可调参数。讨论：积分时间 T i过大和过小对控制效果的影响。第30页/共58页31 积分时间过大，积分作用太弱，消除余差的过程很慢（见曲线 b)；只有当 T i适当时，过渡过程能较快地衰减，而且没有余差（见曲线c）；积分时间太小，控制器的输出变化太快，使过渡过程振荡太剧烈，系统的稳定性大大下降（见曲线 d)。P型

5、控制器第31页/共58页32四、比例微分控制 1微分控制规律及其特点 微分控制规律是指控制器的输出变化量与输入偏差的变化速度成比例，一般用字母 D 表示。微分控制规律的数学表达式为：第32页/共58页33当输入偏差信号为幅值 A 的阶跃变化时，微分控制特性响应曲线如图所示。第33页/共58页34实际上的工业控制器采用的都是采用一种近似的微分作用，它在阶跃输入作用下的开环响应特性如图所示。在阶跃输入的瞬间，输出突然升到一个较大的值，然后按指数规律衰减至零。变化特性可用下面的数学表达式描述：第34页/共58页35微分控制规律的特点：微分作用是依据偏差的变化速度来进行控制，偏差变化速度越大，控制器输

6、出越大。对固定不变的偏差，控制器输出为零。由于微分作用总是力图抑制被控变量的变化，所以它有提高控制系统稳定性的作用。不能消除余差。微分控制规律一般不单独使用。第35页/共58页362比例微分控制规律理想的比例微分控制规律，可以用下式表示：p当输入偏差信号为幅值A 的阶跃变化时，实际比例微分控制开环输出响应特性如图所示。第36页/共58页37五、比例积分微分控制比例积分微分控制规律是由比例、积分和微分三种控制作用组合而成，一般用字母 PID 表示。理想的比例积分微分控制规律的数学表达式为：第37页/共58页38PID第38页/共58页39PID控制特点：p比例积分微分控制是由三种作用的输出特性叠

7、加而成。p由于在 PID 控制器中，比例度、积分时间 Ti，和微分时间 TD 三个参数都是可调的，所以，只要这三个参数选择的合适，就可以获得良好的控制质量。pPID控制选用通用的控制器，可实现三作用控制规律。若将微分时间调至零，就成一台比例积分控制器；若将积分时间调至最大，就成一台比例微分控制器；若将微分时间至零，积分时间至无穷大，就是一台比例控制器第39页/共58页40模拟式调节器数字式调节器可编程控制器控制仪表DDZ-型调节器KMM可编程调节器第40页/共58页41一、主要功能p接收信号：1-5V DC信号。p实现偏差检测：将接收信号与给定值信号进行比较，得到偏差信号。pPID计算：将偏差

8、信号进行PID运算，产生相应的4-20mA控制信号。p具备相应值的指示功能。4-2 DDZ-型调节器第41页/共58页42二、构成原理由两大部分构成第42页/共58页43控制单元：由自动操作和手动操作组成。第43页/共58页44控制单元的内外给定值功能：第44页/共58页45控制器的正反作用功能：第45页/共58页46第46页/共58页47一、构成4-3 KMM可编程调节器硬件部分：p主机部分p模拟量输入-输出通道p数字量输入-输出通道p通信接口p正面板，侧面板软件部分：p系统程序和用户程序第47页/共58页48第48页/共58页49KMM正面板上控制方式选择:手动方式（M）自动方式（A）串级

9、方式（C)第49页/共58页50第50页/共58页51课程小结过程控制仪表：了解位式控制规律。掌握PID三种基本控制规律、特点。掌握理想PID控制器的控制算式，KP、TI、TD与控制输出的关系。掌握DDZ-III调节器的特点及主要功能。了解KMM可编程调节器特点。第51页/共58页52电信学院自动化系先进控制技术研究所第52页/共58页5353内容简介过程控制系统及仪表(第3版)内容简介：过程控制系统的理论分析和设计需要较多的数学知识，自动化仪表在设计制造方面也有许多技术问题值得探讨。但是，对于工艺技术人员来说，主要关心的问题是控制系统和仪表的基本原理及其应用特性。因此，过程控制系统及仪表(第

10、3版)尽量避免繁杂的数学推导，力求用简明扼要的文字和插图使读者对所学知识有更多的定性了解，通俗易懂，这是过程控制系统及仪表(第3版)的另一个特色。过程控制系统和仪表涉及的领域十分广阔，研究内容也极其丰富。本着理论联系实际、学以致用的原则，过程控制系统及仪表(第3版)在取材方面，不追求包罗万象、面面俱到，而是力争把最基本、最常用的内容都包含进来。突出重点，注重实用是过程控制系统及仪表(第3版)的第三个特色。第3版2010-07第2版出版日期：2006-08-01 第53页/共58页5454目录 第1篇 过程控制基础知识第1章 绪论1.1 生产过程自动化概述生产过程及其特点生产过程对控制的要求生产

11、过程自动化的发展历程1.2 过程控制系统的组成及分类过程控制系统的组成过程控制系统的分类1.3 过程控制系统的方块图与工艺控制流程图过程控制系统的方块图过程控制系统的工艺控制流程图1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标过程控制系统的过渡过程过程控制系统的性能指标习题第2章 被控对象的特性2.1 概述基本概念被控对象的阶跃响应特性2.2 被控对象特性的数学描述一阶对象的机理建模及特性分析二阶对象的机理建模及特性分析纯滞后对象的机理建模及特性分析2.3 被控对象的实验测试建模阶跃响应曲线的获取一阶纯滞后对象特性参数的确定二阶对象特性参数的确定习题 第2篇 过程自动化装置第3章 过程测量仪表 3.

12、1 测量仪表中的基本概念测量过程及测量仪表检测系统的基本特性及性能指标 3.2 温度测量概述热电偶温度计热电阻温度计温度测量仪表的选用温度交迭器一体化温度变送器智能温度变送器 3.3 压力测量概述弹性式压力表电容武压力变送器扩散硅压力变送器智能差压变送器压力表的选择和使用 3.4 流量测量概述差压式流量计容积式流量计浮子式流量计电磁流量计涡街流量计第54页/共58页5555 3.5 物位测量概述静压式液位计磁浮子式液位计电容武物位计其他物位测量仪表 3.6 显示仪表概述模拟式显示仪表数字式显示仪表智能化、数字化记录仪习题 第4章 过程控制仪表4.1 基本控制规律位式控制比例控制比例积分控制比例

13、微分控制比例积分微分控制4.2 DDZ一型调节器主要功能构成原理4.3 可编程调节器可编程调节器的构成可编程调节器的主要功能正面板和侧面板 4.4 可编程控制器可编程控制器的产生与发展可编程控制器的应用场合可编程控制器的构成、分类及工作过程可编程控制器的编程语言可编程控制器选型基本原则松下FPI可编程控制器习题第5章 过程执行仪表5.1 概述5.2 执行机构气动执行机构电动执行机构5.3 调节机构常用调节机构及特点流量系数与可调比流量特性5.4 电一气转换器和阀门定位器电一气转换器阀门定位器的主要用途电一气阀门定位器习题第55页/共58页5656 第3篇 垃程控制系统 第6章 简单控制系统6.

14、1 概述6.2 被控变量的选择6.3 操纵变量的选择对象静态特性对控制质量的影响对象动态特性对控制质量的影响选择操纵变量的原则6.4 控制系统中盼测量变送问题测量变送问题对控制质量的影响克服测量变送问题的措施6.5 执行器的选择阀流量特性的选择执行器开闭形式的选择6.6 控制器的选择控制规律的选择控制器正反作用的确定6.7 控制系统的投运及控制器参数的整定控制系统的投运控制器参数的整定习题第7章 复杂控制系统7.1 串级控制系统串级控制系统的结构串级控制系统的工作过程串级控制系统的特点及应用场合串级控制系统设计中的几个问题串级控制系统的整定 7.2 比值控制系统概述比值控制系统的类型7.3 前

15、馈控制系统概述前馈控制系统的结构形式前馈控制系统的应用7.4 均匀控制系统均匀控制问题的提出均匀控制的特点均匀控制系统的结构形式7.5 分程控制系统基本概念分程控制系统的应用场合7.6 选择性控制系统基本概念选择性控制系统的实例分析7.7 多冲量控制系统习题第8章 先进过程控制系统介绍8.1 软测量技术辅助变量的选择数据采集与处理软测量模型的建立模型校正8.2 时滞补偿控制预估补偿控制控制实施中的若干问题第56页/共58页5757 8.3 解耦控制耦合现象的影响及分析解耦控制8.4 预测控制预测控制的基本原理预测控制工业应用8.5 自适应控制自校正控制系统模型参考自适应控制系统8.6 推断控制

16、8.7 模糊控制模糊控制的特点模糊控制的结构8.8 神经网络控制神经元模型人工神经网络厂神经网络在控制中的应用8.9 故障诊断与容错控制故障检测与诊断容错控制习题 第4篇 计算机控制系统 第9章 计算机控制系统基础9.1 概述9.2 系统的硬件组成9.3 系统的软件组成过程检测过程控制组态软件习题 第10章 常用计算机控制系统介绍10.1 概述 数据采集系统操作指导控制系统直接数字控制系统监督计算机控制系统10.2 工业控制计算机结构组成功能特点10.3 分散控制系统结构组成 附录1 典型单元操作控制方案示例F1.1 化学反应器的控制反应器的基本控制方案反应器的新型控制方案F1.2 精馏塔的控制精馏塔的基本控制方案精馏塔的前馈、串级、比值、均匀控制精馏塔的节能控制功能特点应用举例10.4 现场总线控制系统结构组成10.4 功能特点应用举例习题F1.3 泵和压缩机的控制泵的控制方案压缩机的控制方案压缩机的串、并联运行F1.4 燃烧过程的控制 附录2 分度表F2.1 热电偶分度表F2.2 热电阻分度表 参考文献 第57页/共58页58感谢您的观看。第58页/共58页