过程控制及自动化仪表总结

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,1.过程控制与仪表的基本知识,过程控制的基本要求,安全性、稳定性、经济性,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、设定值、偏差,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,测量误差,绝对误差、相对误差、引用误差,仪表精度,如何确定仪表的精度等级？,如何选择仪表的精度等级？,仪表基本概念,测量范围、量程、零点迁移、量程迁移、灵敏度、分辨率,练习题,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？,练习题,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？,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，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,什么是仪表的测量范围及上、下限和量程？彼此有什么关系？,练习题,什么是仪表的测量范围及上、下限和量程？彼此有什么关系？,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、下限以及测量范围。,练习题,什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者间存在什么关系？,练习题,什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者间存在什么关系？,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：,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,1.2,1.5%,，所以该表合格。,仪器基本误差小于允许误差，仪器合格；反之则不合格。,4.,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%,；,(1000,0)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,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,0.2,级，量程为,25MPa,的标准表来检验一台精度等级为,1.5,级，量程为,2.5MPa,的压力表？为什么？,练习题,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,0.2,级，量程为,25MPa,的标准表来检验一台精度等级为,1.5,级，量程为,2.5MPa,的压力表？为什么？,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.过程参数检测技术,用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿,?,其冷端温度补偿的方法有哪几种,?,用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿,?,其冷端温度补偿的方法有哪几种,?,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,0,度来设计的，但是通常冷端不是,0,度或者不恒定，所以要进行冷端温度补偿。,冷端温度补偿的方法有以下几种：,(1),冷端温度修正方法；（,2),冷端恒温法；,(3),校正仪表零点法；,(4),补偿电桥法；,(5),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,三阀组,的安装示意图如图所示，,它包括两个切断阀和一个平衡阀。,安装三阀组的主 要目的是为了在开停表时，防止差压计单向受到很大的静压力，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。,具体步骤是：,*,先开平衡阀,3,，使正负压室连通；然后再依次逐渐打开压侧的切断阀,1,和负压侧的切断阀,2,，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衡阀,3,，差压计即投人运行。,*,当差压计需要停用时，应先打开平衡阀,3,，然后再关闭切断阀,1,和,2,。,练习题,根据热电偶的基本性质，求回路热电势：,已知,:,e,AB,(240)=9.747mv,e,AB,(50)=2.023mv,e,AC,(50)=3.048mv,e,AC,(10)=0.591mv,未知：,e,BC,(50),求：,E,ABC,=?,A,C,B,10,240,50,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。,E,ABC,=e,AB,(240)+e,BA,(50),+e,AC,(50)+e,CA,(10),=e,AB,(240)-e,AB,(50),+e,AC,(50)-e,AC,(10),=10.181mV,A,C,B,10,240,50,50,A,解法二、利用热电偶基本性质,直接对回路求总电势：,E,ABC,=e,AB,(240)+e,BC,(50)+e,CA,(10),当回路各接点都是,50,时：,E,ABC,=e,AB,(50)+e,BC,(50)+e,CA,(50),=0,则：,e,BC,(50)=-e,AB,(50)-e,CA,(50),E,ABC,=e,AB,(240)-e,AB,(50)-e,CA,(50)+e,CA,(10),=e,AB,(240)-e,AB,(50)+e,AC,(50)-e,AC,(10),=10.181mV,A,C,B,10,240,50,3,、调节控制单元,n,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,PD,比例积分微分控制,PID,n,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,T,I,、,微分时间,T,D,的含义,改变,、T,I,、T,D,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：,试写出,PID,控制器的输入、输出之间的数学表达式，并说明其中,K,P,、,T,I,、,T,D,的意义。当调整其中某一个参数时，对三作用,PID,控制器的控制作用有什么影响？,PID,调节器,、T,I,、T,D,对控制性能的影响是：,减小，比例作用增强，上升速度加快，但,过小容易引起被控量振荡，甚至导致系统不稳定；,T,I,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性；,T,D,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。,一台具有比例积分控制规律的,DDZ-III,型控制器，其比例度,为,200%,时，稳态输出为,5mA,。在某瞬间，输入突然变化了,0.5,mA,，经过,30s,后，输出由,5mA,变为,6mA,，试问该控制器的积分时间,TI,为多少？,练习题,比例积分控制器，列写出,PI,控制算式。,K,P,=1,，,T,I,=2,分钟，当输入是幅值为,A,的阶跃信号时，,2,分钟后输出的变化量是多少？,写出位置式和增量式数字,PID,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,PID,控制算法有什么优点？,增量式的优点在于：能更好地克服系统的积分饱和现象，减小超调；增量只与最近几次采样值有关，容易获得较好的控制效果。,3,、执行单元,n,理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则,n,了解,控制阀的流量特性的意义,主要内容,气动执行器的结构,控制阀的,理想流量特性,直线、等百分比（对数）、抛物线、快开,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：当信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。,*若无,信号压力,时,，,希望阀全关，则应选择气开阀；若无,信号压力,时，希望阀全开，则应选择气关阀。,什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？,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；,4,、简单控制系统,n,了解简单控制系统的结构、组成及作用,n,掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则,n,掌握控制器正、反作用确定的方法,n,了解各种基本控制规律的特点及应用场合,n,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,制定控制方案,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,选择执行器的气开、气关,选择控制器的控制规律,选择控制器的正作用、反作用,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,临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法,简述过程控制系统设计和实现的步骤。,过程控制系统设计和实现的步骤为：确定控制目标；选择测量参数（被控量）；选择操作量（控制量）；控制方案的确定；选择控制算法；选择执行器；设计报警和连锁保护系统；控制系统的调试和运行。,