仪表及自动化复习.ppt

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1、Network Optimization Expert Team仪表与自动化仪表与自动化戴戴 焰焰 明明 主主 讲讲Network Optimization Expert Team（1）通过习题掌握常用仪表及自动化的组成、原理与特点，理解被）通过习题掌握常用仪表及自动化的组成、原理与特点，理解被控变量、操纵变量对系统性能的影响，掌握被控变量与操纵变量的控变量、操纵变量对系统性能的影响，掌握被控变量与操纵变量的合理确定方法。合理确定方法。（2）掌握常用过程检测仪表的结构与测量原理与使用特点；理解各）掌握常用过程检测仪表的结构与测量原理与使用特点；理解各种种PID控制规律对系统的作用，掌握其使用方

2、法。控制规律对系统的作用，掌握其使用方法。1.知识目标知识目标Network Optimization Expert Team（1）能够分析常用的温度、压力、流量和物位检测仪表。）能够分析常用的温度、压力、流量和物位检测仪表。（3）能熟悉）能熟悉PID控制规律。控制规律。（4）能熟悉简单控制系统。）能熟悉简单控制系统。2.能力目标能力目标Network Optimization Expert Team（1）认识仪表及自动化的学习基本方法，培养一定的逻辑思维能力。）认识仪表及自动化的学习基本方法，培养一定的逻辑思维能力。（2）养成独立思考的学习习惯，能对所学内容进行较为全面的分析）养成独立思考的

3、学习习惯，能对所学内容进行较为全面的分析和比较，总结和概括，学会举一反三，通过例题，灵活应用，培养和比较，总结和概括，学会举一反三，通过例题，灵活应用，培养仪表及自动化的综合应用能力。仪表及自动化的综合应用能力。3.态度目标态度目标Network Optimization Expert Team人工控制人工控制：进水量增加时，导致水位增加，人眼睛观察玻璃进水量增加时，导致水位增加，人眼睛观察玻璃液面计中的水位变化，并通过神经系统传给大脑，经与大脑液面计中的水位变化，并通过神经系统传给大脑，经与大脑中的设定值（中的设定值（50%50%）比较后，确定水位偏高（或偏低），故）比较后，确定水位偏高（或

4、偏低），故发出信息，让手开大（或关小）阀门，调节出水量，使液位发出信息，让手开大（或关小）阀门，调节出水量，使液位变化。这样反复进行，直到液位重新稳定到设定值上，从而变化。这样反复进行，直到液位重新稳定到设定值上，从而实现了液位的人工控制。实现了液位的人工控制。自动控制自动控制：现场的液位变送器现场的液位变送器LTLT检测出水槽液位，转换成统检测出水槽液位，转换成统一的标准信号传送给控制室内的控制器一的标准信号传送给控制室内的控制器LCLC，与控制器，与控制器LCLC中预中预先输入的设定信号进行比较后形成偏差，继而将偏差信号按先输入的设定信号进行比较后形成偏差，继而将偏差信号按预先确定的某种控

5、制规律（比例、积分、微分的某种组合）预先确定的某种控制规律（比例、积分、微分的某种组合）进行运算后，产生输出信号给控制阀，使控制阀改变开启度，进行运算后，产生输出信号给控制阀，使控制阀改变开启度，控制出水量。这样反复进行，直到水槽液位恢复到设定值为控制出水量。这样反复进行，直到水槽液位恢复到设定值为止，从而实现水槽液位的自动控制，实现了生产过程自动化。止，从而实现水槽液位的自动控制，实现了生产过程自动化。Network Optimization Expert Team二、过程控制系统的二、过程控制系统的分类分类过程控制系统一般分为：生产过程自动检测系统、自动控过程控制系统一般分为：生产过程自动

6、检测系统、自动控制系统、自动报警联锁系统和自动操纵系统等四大类。制系统、自动报警联锁系统和自动操纵系统等四大类。（一）过程自动检测系统（一）过程自动检测系统利用各种检测仪表自动连续地对相应的工艺变量进行检测，利用各种检测仪表自动连续地对相应的工艺变量进行检测，并能自动指示或记录的系统，称为过程自动检测系统。并能自动指示或记录的系统，称为过程自动检测系统。自动检测系统由两部分组成：检测对象和检测装置。如图自动检测系统由两部分组成：检测对象和检测装置。如图0-30-3所示：所示：Network Optimization Expert Team习题与思考题习题与思考题1 1过程控制的意义是什么？过程

7、控制的意义是什么？1保证人生、设备安全2提高产品质量2 2生产过程中的五大工艺变量是什么？分别用什么符号生产过程中的五大工艺变量是什么？分别用什么符号 表示？控制工程上统称为什么？用什么符号表示表示？控制工程上统称为什么？用什么符号表示?答：生产过程中的五大工艺变量是压力、流量、液位、温度、成分。分别用P、F、L、T、A表示。控制工程上统称为被控变量。用Y表示?Network Optimization Expert Team习题与思考题习题与思考题3 3什么是自动化？过程控制系统分哪几类？什么是自动化？过程控制系统分哪几类？答：在生产设备上配备一些自动控制装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生

8、产在不同程度上自动地进行，即用自动控制装置来管理生产过程的办法，称生产过程的自动控制，简称过程自动化。过程控制系统分自动检测系统、自动控制系统、自动报警与联 保护系统、自动操纵系统四大类。4 4过程控制仪表如何进行分类？过程控制仪表如何进行分类？答：过程控制仪表分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统三大类。Network Optimization Expert Team习题与思考题习题与思考题5 5DDZ-DDZ-仪表的能源、统一标准信号各是什么？仪表的能源、统一标准信号各是什么？答：DDZ-仪表的能源为电能。统一标准信号为电源24V DC、信号420mA或15V DC、转换电阻250N

9、etwork Optimization Expert Team1 1）测压点的选择）测压点的选择测压点一般选择与被测介质呈直线流动的管段部分，且使取测压点一般选择与被测介质呈直线流动的管段部分，且使取压点与流动方向垂直；测液体压力时，取压点应在管道下部；压点与流动方向垂直；测液体压力时，取压点应在管道下部；测气体压力时，取压点应在管道上方。测气体压力时，取压点应在管道上方。2 2）导压管的铺设）导压管的铺设导压管粗细要合适，在铺设时应便于压力表的保养和信号传导压管粗细要合适，在铺设时应便于压力表的保养和信号传递。在取压口到仪表之间递。在取压口到仪表之间应加装切断阀。当遇到被测介质易冷凝或冻结时

10、，必须加保应加装切断阀。当遇到被测介质易冷凝或冻结时，必须加保温板热管线。温板热管线。压力表的安装压力表的安装Network Optimization Expert Team3 3）压力表安装时，应便于观察和维修，尽量避免振动和高温压力表安装时，应便于观察和维修，尽量避免振动和高温影响。应根据具体情况，采取相应的防护措施，如图影响。应根据具体情况，采取相应的防护措施，如图2 24 4所所示。压力表在连接处应根据实际情况加装密封垫片。示。压力表在连接处应根据实际情况加装密封垫片。2-4 2-4 压力表安装示意图压力表安装示意图压力表的安装压力表的安装Network Optimization Ex

11、pert Team（2 2）差压式液位计）差压式液位计差压式液位计是根据流体静力学原理差压式液位计是根据流体静力学原理工作的，即容器内液位的高度工作的，即容器内液位的高度L L与液与液柱上下两端面的静压差成比例。在图柱上下两端面的静压差成比例。在图2 21010中，根据流体静力学原理，中，根据流体静力学原理，A A点点和和B B点的压力差点的压力差P P为：为：一般被测介质的密度一般被测介质的密度是已知的，重是已知的，重力加速度力加速度g g是常量，所以差压是常量，所以差压P P正比正比于液位于液位L L，即液位，即液位L L的测量问题转换成的测量问题转换成了差压了差压P P的测量。因此，所有

12、压力、的测量。因此，所有压力、压差检测仪表只要量程合适，都可用压差检测仪表只要量程合适，都可用来测量物位。来测量物位。图图2-10 2-10 差压变送器差压变送器测液位示意图测液位示意图（差压式液位计差压式液位计Network Optimization Expert Team1 1）零点无迁移）零点无迁移如图如图2 21010所示，在使用电动差压变送器时，差压变送器的所示，在使用电动差压变送器时，差压变送器的安装高度与最低液位正好在同一水平线上，此时安装高度与最低液位正好在同一水平线上，此时P PP PB B-P-PA A=gL=gL当当L L0 0时，时，P P0 0I IO OI IO O

13、minmin4mADC4mADC当当L LL Lmaxmax时时P PP Pmaxmax I IO OI IO Ominmin20mADC20mADC当液位在当液位在0 0L L之间变化时，之间变化时，P P在在0 0P Pmaxmax之间变化，它们之间变化，它们之间形成一一对应的关系，这就是所谓之间形成一一对应的关系，这就是所谓“无迁移无迁移”情况。情况。零零 点点 迁迁 移移Network Optimization Expert Team2 2）零点正迁移）零点正迁移若差压变送器与容器的液相取压点不若差压变送器与容器的液相取压点不在同一水平面上，如图在同一水平面上，如图2 21111所示。

14、所示。变送器此时变送器此时正压室受到的压力正压室受到的压力 P PP P0 0gLgL+glgl负压室受到的压力负压室受到的压力 P PP P0 0差压差压 P PP PP PgL gL+glgl显然，当显然，当L L0 0时，时，P P 00（显示仪表（显示仪表的指示大于零），此时差压变送器需的指示大于零），此时差压变送器需要零点要零点“正迁移正迁移”，迁移量，迁移量gl gl。图图2-11 2-11 差压液位计示图差压液位计示图 Network Optimization Expert Team2 2）零点正迁移）零点正迁移若差压变送器与容器的液相取压点不若差压变送器与容器的液相取压点不在同

15、一水平面上，如图在同一水平面上，如图2 21111所示。所示。变送器此时变送器此时正压室受到的压力正压室受到的压力 P PP P0 0gLgL+glgl负压室受到的压力负压室受到的压力 P PP P0 0差压差压 P PP PP PgL gL+glgl显然，当显然，当L L0 0时，时，P P 00（显示仪表（显示仪表的指示大于零），此时差压变送器需的指示大于零），此时差压变送器需要零点要零点“正迁移正迁移”，迁移量，迁移量gl gl。图图2-11 2-11 差压液位计示图差压液位计示图 Network Optimization Expert Team测测 温温 仪仪 表表（2 2）工业用一次

16、测温仪表）工业用一次测温仪表1 1）热电偶）热电偶热电偶温度计的测温原理是基于热热电偶温度计的测温原理是基于热电偶的热电效应。测温系统包括热电偶的热电效应。测温系统包括热电偶、显示仪表和导线三部分，如电偶、显示仪表和导线三部分，如图图2 21313所示。所示。热电偶是由两种不同材料的导体热电偶是由两种不同材料的导体A A和和B B焊接或绞接而成，连在一起的一端焊接或绞接而成，连在一起的一端称作热电偶的工作端（热端、测量称作热电偶的工作端（热端、测量端），另一端与导线连接，叫做自端），另一端与导线连接，叫做自由端（冷端、参比端）。导体由端（冷端、参比端）。导体A A、B B称为热电极，合称热电偶

17、。称为热电极，合称热电偶。Network Optimization Expert Team热电偶一般由热电偶一般由热电极、绝缘子、保护套管热电极、绝缘子、保护套管和接线盒等部分组成。绝缘子（绝缘瓷圈和接线盒等部分组成。绝缘子（绝缘瓷圈或绝缘瓷套管）分别套在两根热电极上，或绝缘瓷套管）分别套在两根热电极上，以防短路。再将热电极以及绝缘子装入不以防短路。再将热电极以及绝缘子装入不锈钢或其它材质的保护套管内，以保护热锈钢或其它材质的保护套管内，以保护热电极免受化学和机械损伤。参比端为接线电极免受化学和机械损伤。参比端为接线盒内的接线端。如图盒内的接线端。如图2 21414所示。所示。热电偶的结构形式

18、很多，除了普通热电偶热电偶的结构形式很多，除了普通热电偶外，还有薄膜式热电偶和套管式（或称铠外，还有薄膜式热电偶和套管式（或称铠装）热电偶。装）热电偶。热电偶的结构热电偶的结构Network Optimization Expert Team热电偶冷端温度的影响热电偶冷端温度的影响及补偿及补偿热电偶分度表是在参比端温度为热电偶分度表是在参比端温度为00的条件下得到的的条件下得到的。要使。要使配热电偶的显示仪表的温度标尺或温度变送器的输出信号配热电偶的显示仪表的温度标尺或温度变送器的输出信号与分度表吻合，就必须保持热电偶参比端温度恒为与分度表吻合，就必须保持热电偶参比端温度恒为00，或，或者对指示

19、值进行一定修正，或自动补偿，以使被测温度能者对指示值进行一定修正，或自动补偿，以使被测温度能真实地反映在显示仪表上。真实地反映在显示仪表上。Network Optimization Expert Team热电偶冷端温度的影响热电偶冷端温度的影响及补偿及补偿a.a.利用补偿导线将冷端延伸利用补偿导线将冷端延伸 为对热电偶进行冷端温度补偿，为对热电偶进行冷端温度补偿，首先需要将参比端延伸到温度恒定的地方。由于热电偶的价首先需要将参比端延伸到温度恒定的地方。由于热电偶的价格和安装等因素，使热电偶的长度非常有限，冷端温度易受格和安装等因素，使热电偶的长度非常有限，冷端温度易受工作温度、周围设备、管道和

20、环境温度的影响，且这些影响工作温度、周围设备、管道和环境温度的影响，且这些影响很不规则，使冷端温度难以保持恒定。要很不规则，使冷端温度难以保持恒定。要将冷端温度放到温将冷端温度放到温度恒定的地方，就要使用补偿导线。度恒定的地方，就要使用补偿导线。补偿导线通常使用廉价的金属材料做成，不同分度号的热电补偿导线通常使用廉价的金属材料做成，不同分度号的热电偶所配的补偿导线也不同。使用补偿导线将热电偶延长，把偶所配的补偿导线也不同。使用补偿导线将热电偶延长，把冷端延伸到离热源较远，温度又较低的地方。冷端延伸到离热源较远，温度又较低的地方。Network Optimization Expert Team热

21、电偶冷端温度的影响热电偶冷端温度的影响及补偿及补偿b.b.冷端温度补偿冷端温度补偿 虽可采用补偿导线将冷端延伸出来，但虽可采用补偿导线将冷端延伸出来，但不能保证参比端温度恒定为不能保证参比端温度恒定为00。为解决此问题，常采用下。为解决此问题，常采用下列参比端温度补偿方法。列参比端温度补偿方法。冰浴法冰浴法 ：将补偿导线延伸到冰水混合物中。这种方法只将补偿导线延伸到冰水混合物中。这种方法只适合实验室使用，工业生产中使用很不方便。适合实验室使用，工业生产中使用很不方便。查表法查表法：当参比端温度不为当参比端温度不为00时，被测介质的真实温时，被测介质的真实温度应根据所用仪表的指示温度数值度应根据

22、所用仪表的指示温度数值tt，在分度表中查出对，在分度表中查出对应的热电势应的热电势EE，再查出与冷端温度，再查出与冷端温度t0t0相应的热电势相应的热电势E0E0，两者相加得到真实的热电势，两者相加得到真实的热电势E E，再在表中查出与，再在表中查出与E E对应的对应的温度值，即为工作端的真实温度。温度值，即为工作端的真实温度。即：即：E=E+E0=E(t,0)+EE=E+E0=E(t,0)+E（t0,0t0,0）Network Optimization Expert Team3 3）无纸记录仪表）无纸记录仪表（图像显示）（图像显示）无纸、无笔记录仪是一种以无纸、无笔记录仪是一种以CPUCPU

23、为核心，采用液晶显示、无为核心，采用液晶显示、无纸、无笔、无机械传动的记录仪。直接将记录信号转化为纸、无笔、无机械传动的记录仪。直接将记录信号转化为数字信号，然后送到随机存储器进行保存，并在大屏幕液数字信号，然后送到随机存储器进行保存，并在大屏幕液晶显示屏上显示出来。记录信号由工业专用微处理器晶显示屏上显示出来。记录信号由工业专用微处理器（CPUCPU）进行转化、保存和显示，所以可以随意放大、缩小）进行转化、保存和显示，所以可以随意放大、缩小地显示在显示屏上，观察、记录信号状态非常方便。必要地显示在显示屏上，观察、记录信号状态非常方便。必要时还可以将记录曲线或数据送往打印机打印或送往微型计时还

24、可以将记录曲线或数据送往打印机打印或送往微型计算机保存和进一步处理算机保存和进一步处理 无无 纸纸 记记 录录 仪仪 表表Network Optimization Expert Team 习习 题题 讲讲 解解1.1.测量误差的分类有几种？测量误差的分类有几种？答答：测量误差的分类有按误差的表示方法分、按误差出现的规律分、按误差的工作条件分等3种、2.2.工业检测仪表如何进行分类的？工业检测仪表如何进行分类的？答：答：根据敏感元件与被测介质是否接触分：接触式与非接触式检测仪表。按精度等级分：标准仪表和工业用表。按被测变量分：P、F、L、T、A仪表。按仪表的安装与功能分：一次仪表现场测量与变送仪

25、表、二次仪表控制室显示、记录仪表。Network Optimization Expert Team 习习 题题 讲讲 解解3.3.检测仪表的品质指标有哪些？分别表示什么意义？检测仪表的品质指标有哪些？分别表示什么意义？答：答：检测仪表的品质指标有精确度（准确度）、变差（回差）、灵敏度与灵敏线。4.4.压力检测仪表分为几类？压力检测仪表分为几类？答：答：压力检测仪表分普通介质、特殊介质二大类Network Optimization Expert Team 习习 题题 讲讲 解解5.5.某氨冷器工作压力为某氨冷器工作压力为1.5MPa1.5MPa，要求测量误差不超过，要求测量误差不超过0.05 M

26、Pa0.05 MPa，现用一只，现用一只2.52.5级，级，0 05 MPa5 MPa的压力表进行的压力表进行测量，问（测量，问（1 1）是否满足对测量误差的要求？（）是否满足对测量误差的要求？（2 2）应选）应选用几级的压力表？用几级的压力表？解解：根据上述问题工艺要求，用一只用一只2.5级表不能满足对测量误差的要求级表不能满足对测量误差的要求故 选被测压力（工作压力）1.5 MPa2/3 0M MPa 经查有关手册：经查有关手册：压力表的量程0M应选02.5 MPa Network Optimization Expert Team 习习 题题 讲讲 解解根据 ，选择压力表的允许误差小于或等

27、于2，所以选择精度级为1.5级的压力表。经查有关手册：经查有关手册：选Y100型，测量范围02.5 MPa，精度等级为1.5级的普通单圈弹簧管压力表，而现有一只2.5级，05 MPa的压力表无法满足工艺测量的要求。Network Optimization Expert Team习习 题题 讲讲 解解6.6.某合成氨塔的压力控制指标为（某合成氨塔的压力控制指标为（140.4140.4）MPaMPa，要求就地指示塔内，要求就地指示塔内压力，试选用压力表（要求给出类型、测量范围、精度级、型号）。压力，试选用压力表（要求给出类型、测量范围、精度级、型号）。解：解：根据上述问题工艺要求，被测压力（工作压

28、力）14MPa.应该选择 14MPa2/30 MMPa 经查有关手册：经查有关手册：压力表的量程0M应选025 MPa Network Optimization Expert Team习习 题题 讲讲 解解根据 ，选择压力表的允许误差小于或等于1.6，所以选择精度级为1.5级的压力表。经查有关手册：经查有关手册：选Y100型，测量范围025 MPa，精度等级为1.5级的普通单圈弹簧管压力表。Network Optimization Expert Team习习 题题 讲讲 解解7.7.用差压变送器测量液位，在什么情况下会出现零点迁移？何为用差压变送器测量液位，在什么情况下会出现零点迁移？何为“正

29、正迁移迁移”？何为？何为“负迁移负迁移”？其实质是什么？其实质是什么？答答：用差压变送器测量液位，在周围环境的影响下会出现零点迁移。当L=0时，显示仪表的指示值大于零，此时差压变送器需要零点“正迁移”。当L=0时，显示仪表的指示值小于零，此时差压变送器需要零点“负迁移”。零点迁移的实质只是改变了仪表上、下限，相当于测量范围进行了平移，不改变仪表的量程。8.8.常用的热电偶有哪几种？与之配套的补偿导线是什么材料的？补偿常用的热电偶有哪几种？与之配套的补偿导线是什么材料的？补偿导线起什么作用？需要注意什么问题？导线起什么作用？需要注意什么问题？答：答：常用的热电偶有铂铑10-铂、与之配套的补偿导线

30、正极为铜、负极为铜镍材料补偿导线型号符号为SC。常用的热电偶有镍铬-镍硅、与之配套的补偿导线正极为铜、负极为铜镍材料补偿导线型号符号为KC。Network Optimization Expert Team习习 题题 讲讲 解解常用的热电偶有镍铬-铜镍、与之配套的补偿导线正极为镍铬、负极为铜镍材料补偿导线型号符号为EX。常用的热电偶有铜-铜镍、与之配套的补偿导线正极为铜、负极为铜镍材料补偿导线型号符号为TX。由于冷端温度易受工作温度、周围设备、管道和环境温度的影响，且这些影响很不规则，为了将冷端放到温度恒定的地方，就要使用补偿导线。9.什么叫热电偶的冷端温度补偿？补偿方法有哪些？什么叫热电偶的冷

31、端温度补偿？补偿方法有哪些？答：答：热电偶的冷端温度补偿就是保证参比端温度恒定为0，为解决此问题，常采用冰浴法、查表法、校正仪表零点法、补偿电桥法。Network Optimization Expert Team习习 题题 讲讲 解解10.10.用镍铬康铜热电偶测温时，如果冷端温度为用镍铬康铜热电偶测温时，如果冷端温度为00，测得的热电势，测得的热电势为为37.808mV37.808mV，问（，问（1 1）被测温度是多少度？（）被测温度是多少度？（2 2）当参比端温度为）当参比端温度为3030时，如果测得的热电势仍然是时，如果测得的热电势仍然是37.808m V37.808m V，求被测温度为

32、多少，求被测温度为多少度？度？11.11.为什么热电阻与各类显示仪表配套时都要用三线制接法？为什么热电阻与各类显示仪表配套时都要用三线制接法？解解：查表镍铬康铜热电偶37.808mV=510（1）被测温度是510 （2）当参比端温度为30时，Et.0=Et.t0 Et0.0=37.808mV1.801mV=39.609mV查表镍铬康铜热电偶39.609mV=542Network Optimization Expert Team习习 题题 讲讲 解解11.11.为什么热电阻与各类显示仪表配套时都要用三线制接法？为什么热电阻与各类显示仪表配套时都要用三线制接法？答答：热电阻的输出信号大，比相同温度

33、范围内的热电偶温度计具有更高的灵敏度和测量精度，而且无需冷端补偿；电阻信号便于远传，较电势信号易于处理和抗干扰。但其连接导线的电阻值易受环境温度的影响而产生测量误差，所以必须采用三线制接法。Network Optimization Expert Team简单控制系统基本概念简单控制系统基本概念 由一个测量元件（变送器）、一台控制器、一台执行由一个测量元件（变送器）、一台控制器、一台执行器和一个被控对象组成的一个闭环控制回路在控制工程上器和一个被控对象组成的一个闭环控制回路在控制工程上称为简单控制系统，有时也称为单回路控制系统。称为简单控制系统，有时也称为单回路控制系统。（一）简单控制系统的人工

34、控制（一）简单控制系统的人工控制 图图3-13-1所示为常见的生产蒸汽的锅炉设备的人工控制系所示为常见的生产蒸汽的锅炉设备的人工控制系统。锅炉汽包液位过低会影响蒸汽产量，并很容易将锅炉统。锅炉汽包液位过低会影响蒸汽产量，并很容易将锅炉汽包中的水烧干而发生严重的生产事故；汽包水位过高将汽包中的水烧干而发生严重的生产事故；汽包水位过高将使蒸汽带水滴并有溢出的危险。因此，维持锅炉汽包液位使蒸汽带水滴并有溢出的危险。因此，维持锅炉汽包液位在设定的标准高度值上是保证锅炉正常运行的首要条件。在设定的标准高度值上是保证锅炉正常运行的首要条件。Network Optimization Expert Team图

35、图3-1 3-1 锅炉汽包液位人工控锅炉汽包液位人工控制制Network Optimization Expert Team 1 1检测变送检测变送：用（眼睛）将变量汽包液位用（眼睛）将变量汽包液位H H测量后送给控制测量后送给控制器（大脑）。器（大脑）。2 2分析判断分析判断：控制器（大脑）分析判断决策后发出控制命令：控制器（大脑）分析判断决策后发出控制命令给执行器（手）。给执行器（手）。3 3执行执行 ：执行器（手）动作最终使液位保持在设定的标准执行器（手）动作最终使液位保持在设定的标准值上。值上。Network Optimization Expert Team 自自 动动 控控 制制简单控

36、制系统的自动控制简单控制系统的自动控制用自动化仪表代替人工操作生产过程即为自动控制系统，用自动化仪表代替人工操作生产过程即为自动控制系统，图图3-23-2所示为锅炉的自动控制系统：所示为锅炉的自动控制系统：图图3-2 3-2 锅炉汽包液位自动控制锅炉汽包液位自动控制Network Optimization Expert Team自控系统组成方框图自控系统组成方框图一个简单自动控制系统的组成方框图。一个简单自动控制系统的组成方框图。图图3-3 3-3 自动控制系统方框自动控制系统方框图图Network Optimization Expert Team负反馈的概念负反馈的概念自动控制系统的稳定原理

37、自动控制系统的稳定原理“负反馈负反馈”原理，所谓负反馈就是将系统的输出被原理，所谓负反馈就是将系统的输出被控变量控变量Y Y 引入到系统的输入，并削弱系统输入，即引入到系统的输入，并削弱系统输入，即构成构成“负反馈负反馈”系统，系统，“负反馈负反馈”系统能使系统趋系统能使系统趋于稳定。于稳定。Network Optimization Expert Team自控系统的性能指标自控系统的性能指标 自动控制系统的性能指标自动控制系统的性能指标 1 1稳定性稳定性 所谓稳定性，是指系统在受到外来扰动或设定所谓稳定性，是指系统在受到外来扰动或设定值发生变化时，被控变量会偏离原来的稳定值后，借助内部值发生

38、变化时，被控变量会偏离原来的稳定值后，借助内部反馈系统的自动调节，系统可能回到或接近原来的稳定值或反馈系统的自动调节，系统可能回到或接近原来的稳定值或跟随设定值稳定的特性。跟随设定值稳定的特性。2 2准确性准确性 当控制系统受到扰动作用时，被控变量的稳定值当控制系统受到扰动作用时，被控变量的稳定值与设定值之间保持的程度。与设定值之间保持的程度。3 3快速性快速性 系统的输入对输出作用的响应程度。系统的输入对输出作用的响应程度。4 4主要性能指标主要性能指标（1 1）最大偏差）最大偏差A A（或超调量（或超调量B B）（2 2）衰减比）衰减比 n n（3 3）上升时间、峰值时间和过渡时间（）上升

39、时间、峰值时间和过渡时间（4 4）振荡周期）振荡周期（5 5）余差）余差Network Optimization Expert Team自控系统的性能指标自控系统的性能指标图图3-35 3-35 过渡过程曲线过渡过程曲线Network Optimization Expert Team 差差 压压 变变 送送 器器差压变送器差压变送器差压变送器属于自动控制系统中的变送单元。变送单元在差压变送器属于自动控制系统中的变送单元。变送单元在自动检测和控制系统中的作用，是将各种被测工艺变量，自动检测和控制系统中的作用，是将各种被测工艺变量，如压力、液位、流量、温度等物理变量变换成相应的统一如压力、液位、流

40、量、温度等物理变量变换成相应的统一标准信号，并传送到指示记录仪、运算器和调节器等，供标准信号，并传送到指示记录仪、运算器和调节器等，供指示、记录和控制。指示、记录和控制。差压变送器不仅可用于测量设备内的压力（差压变送器不仅可用于测量设备内的压力（P P）、差压）、差压（PP），而且还可以用于测量流量和液位。），而且还可以用于测量流量和液位。Network Optimization Expert Team控控 制制 器器控制规律与控制规律与PIDPID调节器调节器1 1常用控制规律常用控制规律所谓控制规律，是指调节器的输出信号与输入信号所谓控制规律，是指调节器的输出信号与输入信号之间随时间变化的

41、规律。调节器的输入信号，就是之间随时间变化的规律。调节器的输入信号，就是检测变送仪表送来的检测变送仪表送来的“测量值测量值”（被控变量的实际（被控变量的实际值）与值）与“设定值设定值”（工艺要求被控变量的预定值）（工艺要求被控变量的预定值）之差之差偏差。调节器的输出信号就是送到执行器偏差。调节器的输出信号就是送到执行器并驱使其动作的控制信号。并驱使其动作的控制信号。Network Optimization Expert Team控控 制制 器器（1 1）比例（）比例（P P）控制）控制比例调节器的输出信号（指变化量）与输入偏差信号（假如比例调节器的输出信号（指变化量）与输入偏差信号（假如设定值

42、不变，偏差变化量就是输入变化量）之间成比例关系设定值不变，偏差变化量就是输入变化量）之间成比例关系 1 1）比例控制规律及时有力，但有余差存在；比例控制规律及时有力，但有余差存在；2 2）比例度与比例放大倍数是倒数关系。比例度与比例放大倍数是倒数关系。越小（越小（KpKp越大），越大），比例控制作用就越强，调节及时，但系统稳定性变差，由于比例控制作用就越强，调节及时，但系统稳定性变差，由于比例度不可能为零（即比例度不可能为零（即KPKP不可能为无穷大），所以，余差就不可能为无穷大），所以，余差就不会为零。因此，也常常把比例控制作用叫不会为零。因此，也常常把比例控制作用叫“有差调节有差调节”。比

43、例度太大，控制作用就越弱，系统稳定性变好，但余差变比例度太大，控制作用就越弱，系统稳定性变好，但余差变大，控制质量差。大，控制质量差。3 3）单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。比例控制规律更，要求不高，允许有一定余差存在的场合。比例控制规律更多是与其他控制规律组合使用。多是与其他控制规律组合使用。Network Optimization Expert Team控控 制制 器器（2 2）比例积分（）比例积分（PIPI）控制）控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的，应用最普遍的比例控制规律是基

44、本控制规律中最基本的，应用最普遍的一种。其最大优点是控制及时、迅速。只要有偏差产生，一种。其最大优点是控制及时、迅速。只要有偏差产生，调节器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺调节器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用基础上加上积分控制作用,构成比例积分（构成比例积分（PIPI）调节器。这）调节器。这样，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消样，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力，因此，比例积分控制可以实现较为理想的除余差的能

45、力，因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。过程控制。Network Optimization Expert Team控控 制制 器器（3 3）比例微分（）比例微分（PDPD）控制）控制比例积分控制规律虽然既有比例作用的及时、迅速，又有比例积分控制规律虽然既有比例作用的及时、迅速，又有积分作用的消除余差能力，但对于有较大时间滞后的被控积分作用的消除余差能力，但对于有较大时间滞后的被控对象使用不够理想。这里的对象使用不够理想。这里的“时间滞后时间滞后”指的是：当被控指的是：当被控对象受到扰动作用后，其被控变量没有立即发生变化，而对象受到扰动作用后，其被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间

46、上的延迟，例如容量滞后。此时的比例积分是有一个时间上的延迟，例如容量滞后。此时的比例积分控制作用就显得迟钝、不及时。微分控制规律的控制作用就显得迟钝、不及时。微分控制规律的“超前超前”控制作用显然能解决上述问题。微分与比例作用合在一起，控制作用显然能解决上述问题。微分与比例作用合在一起，比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可以减小动态偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质以减小动态偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。量。Network Optimization Expert Team控控 制制 器器（4 4）比例积分微分（

47、）比例积分微分（PIDPID）控制）控制最为理想的控制当属于比例积分微分控制（简最为理想的控制当属于比例积分微分控制（简称称PIDPID控制）规律了。它集三者之长：既有比例作控制）规律了。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。有微分作用的超前控制功能。Network Optimization Expert Team执执 行行 器器所谓所谓“执行器执行器”，就是用来执行调节器下达命令的仪表，就是用来执行调节器下达命令的仪表，以改变操纵变量实现对工艺变量的控制作用。以改变操纵变量实现对工艺变量的控制

48、作用。执行器按其使用的能源执行器按其使用的能源，可以分为电动执行器、液动执行，可以分为电动执行器、液动执行器和气动执行器三大类。器和气动执行器三大类。目前应用最多的是气动执行器。气动执行器习惯上称气动目前应用最多的是气动执行器。气动执行器习惯上称气动调节阀，以纯净的压缩空气作为能源，具有结构简单、动调节阀，以纯净的压缩空气作为能源，具有结构简单、动作平稳可靠、输出推力较大、维修方便、防火防爆等特点，作平稳可靠、输出推力较大、维修方便、防火防爆等特点，广泛应用于石油、化工等工业生产的过程控制中。气动执广泛应用于石油、化工等工业生产的过程控制中。气动执行器除了可以方便地与各种气动仪表配套使用外，还

49、可以行器除了可以方便地与各种气动仪表配套使用外，还可以通过通过电电/气转换器或电气转换器或电/气阀门定位器，气阀门定位器，与电动仪表或计算与电动仪表或计算机控制装置联用。机控制装置联用。Network Optimization Expert Team习习 题题 讲讲 解解1 1自动控制系统由哪几部分组成自动控制系统由哪几部分组成?各组成部分在控制系统各组成部分在控制系统中的作用是什么中的作用是什么?答：自动控制系统由一个变送器、一个调节器、一个执行器一个被控对象组成。变送器为工业的眼睛、调节器控制作用大脑、执行器手。Network Optimization Expert Team习习 题题 讲

50、讲 解解2 2自动控制系统为何又称反馈控制系统或闭环控自动控制系统为何又称反馈控制系统或闭环控制系统制系统?答：自动控制系统的稳定原理是“负反馈”原理，所谓负反馈就是将系统的输出被控变量Y 引入到系统的输入，并削弱系统输入，即构成“负反馈”系统，“负反馈”系统能使系统趋于稳定。Network Optimization Expert Team习习 题题 讲讲 解解3 3图图3-343-34所示为一个水箱水位控制系统。试说明系统的工作原理所示为一个水箱水位控制系统。试说明系统的工作原理,画画出相应的方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量、出相应的方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量