过程控制及自动化仪表总结.ppt

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1、1.过程控制与仪表的基本知识过程控制的基本要求过程控制的基本要求 安全性、稳定性、经济性安全性、稳定性、经济性过程控制的组成及基本概念过程控制的组成及基本概念 系统方块图、被控对象、被控变量、操纵变量、扰动量、系统方块图、被控对象、被控变量、操纵变量、扰动量、设定值、偏差设定值、偏差过程控制过渡过程的性能指标过程控制过渡过程的性能指标 衰减比、余差、超调量、调节时间衰减比、余差、超调量、调节时间测量误差测量误差 绝对误差、相对误差、引用误差绝对误差、相对误差、引用误差仪表精度仪表精度 如何确定仪表的精度等级？如何确定仪表的精度等级？如何选择仪表的精度等级？如何选择仪表的精度等级？仪表基本概念仪

2、表基本概念 测量范围、量程、零点迁移、量程迁移、灵敏度、分辨率测量范围、量程、零点迁移、量程迁移、灵敏度、分辨率练习题v简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？练习题v简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？设定（给定）值和偏差的含义？被控对象 自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。被控变量 被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。操纵变量 受控制器操纵的，用以克服扰动的影响

3、，使被控变量保持设定值的物料量或能量。扰动量 除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。设定值 被控变量的预定值。偏差 被控变量的设定值与实际值之差。练习题v什么是仪表的测量范围及上、下限和量程？彼此什么是仪表的测量范围及上、下限和量程？彼此有什么关系？有什么关系？练习题v什么是仪表的测量范围及上、下限和量程？彼此什么是仪表的测量范围及上、下限和量程？彼此有什么关系？有什么关系？用于测量的仪表都有测量范围，测量范围的最大值和最小值分别称为测量上限和测量下限，量程是测量上限值和测量下限值的差，用于表示测量范围的大小。已知上、下限可以确定量程，但只给出量程则无法确定仪表的上、下限以及测

4、量范围。练习题v什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者间存在什么什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者间存在什么关系？关系？练习题v什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者间存在什么什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者间存在什么关系？关系？灵敏度是仪表对被测参数变化的灵敏程度，用仪表输出变化量和引起此变化的输入变化量（被测参数变化）之比表示。仪表分辨率是仪表输出能够响应和分辨的最小输入量，也称为仪表灵敏限。分辨率是灵敏度的一种反映，一般来说仪表的灵敏度高，则其分辨率也高。因此实际上主要希望提高仪表的灵敏度，从而保证其分辨率较好。习题：习题：1.某测温仪表的准确度等级为1.0级，绝对误差为1，测量下限为负值（下限的绝对

5、值为测量范围的10），试确定该表的测量上限值、下限值和量程。（90，10，100）2.用测量范围为50+150kPa的压力表测量140kPa压力时，仪表示值为+142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用相对误差。（+2kPa，+1.43%，+1.0%）3.某1.5级测量范围为0100kPa的压力表，在50kPa、80kPa、100kPa三点校验时，其示值绝对误差分别为0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，试问该表是否合格？因为因为1.21.5%，所以该表合格。，所以该表合格。仪器基仪器基本误差本误差小于允小于允许误差，许误差，仪器合仪器合格；反格；反之则不之则不合格。合格。4

6、.现有2.5级、2.0级、1.5级三块测温仪表，对应的测量范围分别为100+500、50550、01000，现要测量500的温度，其测量值的相对误差不超过2.5%，问选用哪块表最合适？解：(500+100)2.5%=15，15500100%=3%；(550+50)2.0%=12，12500100%=2.4%；(10000)1.5%=15，15500100%=3%；所以准确度2.0级量程范围50550的测温仪表最合适。练习题v用标准压力表来校准工业压力表时，应如何选用用标准压力表来校准工业压力表时，应如何选用标准压力表精度等级？可否用一台精度等级为标准压力表精度等级？可否用一台精度等级为 0.2

7、级，量程为级，量程为25MPa 的标准表来检验一台精的标准表来检验一台精度等级为度等级为 1.5 级，量程为级，量程为2.5MPa的压力表？为的压力表？为什么？什么？练习题v用标准压力表来校准工业压力表时，应如何选用用标准压力表来校准工业压力表时，应如何选用标准压力表精度等级？可否用一台精度等级为标准压力表精度等级？可否用一台精度等级为 0.2级，量程为级，量程为25MPa 的标准表来检验一台精的标准表来检验一台精度等级为度等级为 1.5 级，量程为级，量程为2.5MPa的压力表？为的压力表？为什么？什么？标准表可能产生的最大绝对误差为 max1=(25-0)0.2%=0.05(MPa)被校表

8、允许的最大绝对误差为 max2=(2.5-0)1.5%=0.0375(MPa)max1 max2，这种选择是不合适的。过渡过程的品质指标有哪些？请结合下图解释各种品质指标的含义。2.过程参数检测技术温度的检测 热电偶、热电阻的测温原理、分度号的意义 热电偶产生热电势的条件 热电偶的应用定则 常用的冷端温度补偿方法压力的检测 弹性式压力计的测压原理 常用的弹性元件：弹簧管、膜片、波纹管 常用压力计的选型与使用流量的检测 差压式流量计：工作原理、流量基本方程式 转子流量计：工作原理、流量基本方程式、指示值的修正物位的检测 差压式液位变送器的工作原理 零点迁移的含义及正、负迁移的计算2.过程参数检测

9、技术v用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿?其其冷端温度补偿的方法有哪几种冷端温度补偿的方法有哪几种?v用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿?其其冷端温度补偿的方法有哪几种冷端温度补偿的方法有哪几种?v 热电势是热端温度和冷端温度的函数，热电偶热电势是热端温度和冷端温度的函数，热电偶的分度表是按照冷端温度是的分度表是按照冷端温度是0 0度来设计的，但是通度来设计的，但是通常冷端不是常冷端不是0 0度或者不恒定，所以要进行冷端温度度或者不恒定，所以要进行冷端温度补偿。补偿。v冷端温度补偿的方法有以下几种：冷端

10、温度补偿的方法有以下几种：(1)(1)冷端温度修冷端温度修正方法；（正方法；（2)2)冷端恒温法；冷端恒温法；(3)(3)校正仪表零点法；校正仪表零点法；(4)(4)补偿电桥法；补偿电桥法；(5)(5)补偿热电偶法。补偿热电偶法。差压式液位计的工作原理是什么？当测量密闭有压容器的液位时，差压计的负压室为什么一定要与气相相连接？练习题 差压计差压计三阀组三阀组的安装示意图如图所示，的安装示意图如图所示，它包括两个切断阀和一个平衡阀。它包括两个切断阀和一个平衡阀。安装三阀组的主安装三阀组的主 要目的是为了在开停要目的是为了在开停表时，防止差压计单向受到很大的静表时，防止差压计单向受到很大的静压力，

11、使仪表产生附加误差，甚至损压力，使仪表产生附加误差，甚至损坏。为此，必须正确地使用三阀组。坏。为此，必须正确地使用三阀组。具体步骤是：具体步骤是：*先开平衡阀先开平衡阀3 3，使正负压室连通；然后，使正负压室连通；然后再依次逐渐打开压侧的切断阀再依次逐渐打开压侧的切断阀1 1和负压和负压侧的切断阀侧的切断阀2 2，使差压计的正负压室承，使差压计的正负压室承受同样的压力；最后再渐渐地关闭平受同样的压力；最后再渐渐地关闭平衡阀衡阀3 3，差压计即投人运行。，差压计即投人运行。*当差压计需要停用时，应先打开平衡当差压计需要停用时，应先打开平衡阀阀3 3，然后再关闭切断阀，然后再关闭切断阀1 1和和2

12、 2。练习题v根据热电偶的基本性质，求回路热电势：根据热电偶的基本性质，求回路热电势：已知:eAB(240)=9.747mveAB(50)=2.023mveAC(50)=3.048mveAC(10)=0.591mv未知：eBC(50)求：EABC=?ACB1024050解法一、利用中间导体定则在BC接点处断开，加入热电极A，使该电极两端温度为50，则根据中间导体定则，总回路热电势不变。EABC=eAB(240)+eBA(50)+eAC(50)+eCA(10)=eAB(240)-eAB(50)+eAC(50)-eAC(10)=10.181mVACB102405050A解法二、利用热电偶基本性质直

13、接对回路求总电势：EABC=eAB(240)+eBC(50)+eCA(10)当回路各接点都是50时：EABC=eAB(50)+eBC(50)+eCA(50)=0 则：eBC(50)=-eAB(50)-eCA(50)EABC=eAB(240)-eAB(50)-eCA(50)+eCA(10)=eAB(240)-eAB(50)+eAC(50)-eAC(10)=10.181mVACB10240503、调节控制单元、调节控制单元n n 熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响 双位控制 比例控制P 积分控制I 微分控制D 比例积分控制PI 比例微分控制

14、PD 比例积分微分控制PIDn 掌握各种基本控制规律及其特点主要内容基本的控制规律比例度、积分时间TI、微分时间TD的含义改变、TI、TD的大小，对控制作用的影响PID控制器参数整定的方法主要内容基本的计算公式 P：PI：PID：v试写出试写出PIDPID控制器的输入、输出之间的数学表达式，控制器的输入、输出之间的数学表达式，并说明其中并说明其中K KP、T TI、T TD的意义。当调整其中某一个参的意义。当调整其中某一个参数时，对三作用数时，对三作用PIDPID控制器的控制作用有什么影响？控制器的控制作用有什么影响？v vPID调节器调节器、TI、TD对控制性能的影响是：对控制性能的影响是：

15、减小，减小，比例作用增强，上升速度加快，但比例作用增强，上升速度加快，但过小容易引起被过小容易引起被控量振荡，甚至导致系统不稳定；控量振荡，甚至导致系统不稳定；TI减小，积分作用减小，积分作用增强，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定增强，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定性；性；TD加大，微分作用加强，微分作用能够提高系加大，微分作用加强，微分作用能够提高系统的稳定性，抑制振荡、抑制超调。统的稳定性，抑制振荡、抑制超调。v一台具有比例积分控制规律的一台具有比例积分控制规律的DDZ-III型控制器，型控制器，其比例度其比例度为为200%时，稳态输出为时，稳态输出为5mA。在某瞬。在某瞬间

16、，输入突然变化了间，输入突然变化了0.5 mA，经过，经过30s后，输出由后，输出由5mA变为变为6mA，试问该控制器的积分时间，试问该控制器的积分时间TI为多为多少？少？练习题v比例积分控制器，列写出比例积分控制器，列写出PIPI控制算式。控制算式。K KP P=1=1，T TI I=2=2分钟，当输入是幅值为分钟，当输入是幅值为A A的阶跃信号时，的阶跃信号时，2 2分分钟后输出的变化量是多少？钟后输出的变化量是多少？v写出位置式和增量式数字写出位置式和增量式数字PIDPID控制算法表达式。在控制算法表达式。在过程计算机控制系统中增量式较位置式数字过程计算机控制系统中增量式较位置式数字PI

17、DPID控控制算法有什么优点？制算法有什么优点？v 增量式的优点在于：增量式的优点在于：能更好地克服系统的积能更好地克服系统的积分饱和现象，减小超调；分饱和现象，减小超调；增量只与最近几次采增量只与最近几次采样值有关，容易获得较好的控制效果。样值有关，容易获得较好的控制效果。3、执行单元、执行单元n n理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则n n了解了解控制阀的流量特性的意义控制阀的流量特性的意义主要内容气动执行器的结构气动执行器的结构控制阀的控制阀的理想流量特性理想流量特性 直线、等百分比（对数）、抛物线、快开直线、等百分比（对数）、抛物线、快开

18、如何选择执行器的气开、气关？如何选择执行器的气开、气关？主要从工艺生产上安全要求出发。原则是：当信号压主要从工艺生产上安全要求出发。原则是：当信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。力中断时，应保证设备和操作人员的安全。*若无若无信号压力信号压力时时，希望阀全关，则应选择气开阀；希望阀全关，则应选择气开阀；若无若无信号压力信号压力时，希望阀全开，则应选择气关阀。时，希望阀全开，则应选择气关阀。v什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？则是什么？v 随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开

19、式，反之称为气关式。打开的称为气开式，反之称为气关式。气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。一般来讲，若无信号压力，阀全全条件决定的。一般来讲，若无信号压力，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；若开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；若无信号压力，阀全关时，生产过程或设备比较危无信号压力，阀全关时，生产过程或设备比较危险的应选气关式；险的应选气关式；4、简单控制系统、简单控制系统n n 了解简单控制系统的结构、组成及作用了解简单控制系统的结构、组成及作用 n n 掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般掌握简单控制系统中被控变

20、量、操纵变量选择的一般原则原则n n 掌握控制器正、反作用确定的方法掌握控制器正、反作用确定的方法n n 了解各种基本控制规律的特点及应用场合了解各种基本控制规律的特点及应用场合n n 掌握控制器参数工程整定的方法掌握控制器参数工程整定的方法主要内容分析给定的系统分析给定的系统制定控制方案制定控制方案 被控对象、被控变量、操纵变量、执行器、控制器被控对象、被控变量、操纵变量、执行器、控制器画出控制系统的方框图画出控制系统的方框图选择执行器的气开、气关选择执行器的气开、气关选择控制器的控制规律选择控制器的控制规律选择控制器的正作用、反作用选择控制器的正作用、反作用 原则：整个系统构成负反馈闭环控制系统原则：整个系统构成负反馈闭环控制系统控制器参数的工程整定方法控制器参数的工程整定方法 临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法v简述过程控制系统设计和实现的步骤。简述过程控制系统设计和实现的步骤。v过程控制系统设计和实现的步骤为：过程控制系统设计和实现的步骤为：确定控制确定控制目标；目标；选择测量参数（被控量）；选择测量参数（被控量）；选择操选择操作量（控制量）；作量（控制量）；控制方案的确定；控制方案的确定；选择选择控制算法；控制算法；选择执行器；选择执行器；设计报警和连锁设计报警和连锁保护系统；保护系统；控制系统的调试和运行。控制系统的调试和运行。