热工控制仪表术语和指标PPT课件

第一节名词术语 一、调节与控制 有三种理解，本书以第一种理解为准，即控制包含了调节，凡是用到“调节”的字眼一律改为控制。第1页/共45页第2页/共45页 二、变送器 变送器指通过检测元件(传感器)接受被测变量(参数)信号并将它转换成通用的标准输出信号的仪表。 变送器与传感器的主要区别是变送器输出的是标准信号，而传感器输出的信号则不一定是标准的。 第3页/共45页 三、被调对象和被调参数 工业生产用到的各种设备，多半有物质或能量进出。例如，水箱就是有物质进出的设备，电动机就是有能量进出的设备，热交换器就是既有物质又有能量进出的设备。 为了保证这些设备工作在安全经济状态，必须对其中的某个参数进行调节，如水箱里的液位、电动机的转速、热交换器的出口温度等。 这些参数就是“被调参数”，或称为“被调变量”、“被控变量”，有关的设备就是“被调对象”或“被控对象”。第4页/共45页 四、设定值 设定值也叫给定值，是为了达到安全高效生产的目标，希望被调参数保持的数值。 如果实际被调参数偏离了这个值就需要进行调节，而调节的最终结果应该将它调回到这个目标值上来。 如果设定值是恒定不变的，希望自动调节系统把被调参数维持在恒定的数值上，这样的自动调节称为“定值调节”。 如果设定值随时间连续变化，希望被调参数靠自动调节系统跟着设定值一起改变，这样的自动调节就称为“随动调节”。第5页/共45页 五、扰动 如果被调对象和外界没有物质或能量的进出，或者虽有进出却处于稳定的平衡状态，就没必要进行调节。 例如： 当水箱没有液体进出时，其液位永远不会改变。即使有进有出，但是进出平衡时，液位也不会改变。 电动机的电源和负载都稳定时，其转速不会改变。 热交换器的进口流量、温度、出口流量都不变时，出口温度也不会变化。第6页/共45页 但实际运行中的生产设备总免不了受到各种各样的干扰。 例如：负载的变化、电源电压的波动、原料质量或数量的变化，甚至环境条件的改变等，归根到底是物质流或能量流的波动，这些都会破坏被调参数的稳定。所有这一切对稳定不利的消极因素统称为“扰动”。 如果扰动产生在系统的内部，称为内部扰动；反之，当扰动产生在系统的外部时，则称为外部扰动。外部扰动是系统的输入量。第7页/共45页 六、偏差 出现扰动的结果是使被调参数偏离设定值。偏离的程度用“偏差”的大小来衡量，偏差的方向用偏差的符号来表示。例如，被调对象是过热器，被调参数是温度，设定值是540，实际温度是535，偏差就是5。反之为+5。由此可见，偏差的定义是： 偏差=实际被调参数设定值 (2-1) 或 偏差=设定值实际被调参数 (2-2)第8页/共45页 如果是人工调节，首先应该判断被调参数是否合适，才能决定要不要加以调节，往哪个方向调节，调节多少。实际上就是根据偏差指导人的调节行为，从而及时有效地抑制扰动，使被调参数恢复正常。 自动调节也是如此，只不过是用检测仪表代替人的观察，用自动调节器里的运算代替人的判断和决策，用执行器代替人手操作。总之，偏差是调节动作的依据。偏差的有无决定要不要调节，偏差的正负决定往哪个方向调节，偏差的大小决定调节多少。 绝大多数自动调节任务实质上就是要使偏差自动减少甚至消除。经过自动调节，如果仍没有把偏差完全消除，则其剩余部分叫做“残余偏差”，也叫“余差”或“静差”。 第9页/共45页 七、PID控制 PID控制表示比例(P)-积分(I)-微分(D)控制，理想PID控制的数学表示式为： (2-3) 式中：为控制器输出；为控制器输入(测量值与设定值的差值，即偏差)；为控制器比例增益；TI为积分时间；TD为微分时间。tDICdttdeTdtteTteKtu0)()(1)()(第10页/共45页 所谓增益，是指调节器的输出相对变化量与相应输入的相对变化量之比。 有时也用比例度或比例带或表示比例作用的强弱，比例带等于增益的倒数乘以100 %1001CK第11页/共45页 积分时间的定义： 当PI调节器的输入变量为阶跃变化时，自阶跃起始到输出变量达到施加阶跃时刻输出值的两倍时为止的时间。 也可以理解为：在偏差阶跃输入作用下，调节器的输出达到比例输出两倍时所经历的时间，即为积分时间。 第12页/共45页 微分控制依据偏差变化速度来动作，它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其作用是阻止被控变量的一切变化，有超前调节的作用，对滞后大的对象有很好的效果。 第13页/共45页 八、操纵变量 操纵变量也称调节变量或操作量、控制变量、控制量。决定被控变量的物理量称为操纵变量，或由控制(调节)作用改变去控制被控变量的物理量称为操纵变量。操纵变量是调节器对生产设备施加影响以抑制扰动的操纵信号。有相当多的调节器用于调节管路里的流体，其操纵变量决定阀门的开度，这时的操纵变量也叫“阀位指令”。第14页/共45页 九、前馈调节与反馈调节 反馈调节是根据被控变量的偏差进行调节的。当系统受到扰动后，只有等到被控变量变化并出现偏差时调节器才起作用，而被调对象总是存在惯性和迟延的，所以从扰动出现到被控变量出现偏差要有一定的时间，故调节作用落后于扰动，调节过程中必然会产生动态偏差。 前馈调节不是根据偏差而是根据扰动进行调节的，因此，前馈调节就有可能及时地消除扰动的影响而使被控变量基本保持不变。直接根据造成被控变量偏差的原因进行的调节称为前馈调节。第15页/共45页 十、正作用和反作用 如果调节器的输出变量随被控变量的增大而增大，就叫做正作用。反之，若调节器的输出变量随被控变量的增大而减小，就叫做反作用。 设置调节器正反作用的目的是保证控制系统成为负反馈。负反馈准则要求控制系统开环总增益为正，因为系统已设计为负反馈，所以系统各环节放大倍数乘积（即开环系统放大倍数K）为正才能保证负反馈。 第16页/共45页 十一、检定与校准 运行中的测量仪表由于多种原因，可能会导致测量性能的改变，因而有必要对其进行定期检定和校准。 检定是为评定测量仪表的测量性能(准确度、稳定度、灵敏度等)，并确定其是否合格所进行的全部工作。 校准也称校验，是确定测量仪表示值误差(必要时也包括确定其他测量性能)的全部工作。 第17页/共45页 十二、手持终端 手持终端也称（远程）通信器、手操器、编程器或组态器，是一个由干电池供电可以随身携带的专用计算机，它的功能极强，可以远距离对单回路调节器、智能变送器、智能执行器进行组态、校验、运行监视、事故诊断和修改操作。它的外形如同放大了的计算器或手机，通信距离一般可远达1.6km。第18页/共45页 十三、现场总线 现场总线是安装在生产现场的仪表和控制室内的仪表或装置之间的数字式串行通信链路。 安装在生产现场的仪表和控制室内（上位机）之间的电缆（双绞线、同轴电缆、光缆），也称串行通信链路。第19页/共45页 十四、组态 对于数字控制仪表，组态可以分为两个主要方面：硬件组态(又叫配置)和软件组态。 硬件的配置对不同的系统差别甚大，而且一般是根据现场的具体要求而定。例如，智能变送器的LCD液晶显示器或本机调整装置，就是可选择使用的硬件配置，即根据实际工作情况进行取舍。第20页/共45页 软件组态的内容比硬件配置丰富得多，它有DCS的组态、变送器的组态和执行器的组态 DCS的组态包括： 数据库的生成 历史库的生成 图形生成 控制组态生成 DCS的组态（或控制器的组态）就是向用户存储器中增加、修改和删除功能块的操作。第21页/共45页 变送器的组态包括： 变送器的标签号 输出形式 阻尼时间常数 工程单位 上限值 下限值 把这些数据参量写到变送器的存储器之中称为变送器的组态第22页/共45页 执行器的组态包括： 阀位校验 阀位限值 力矩限值 由此看来，所谓软件组态就是对存储器的写入操作。 硬件组态 硬件的选择与配置 软件组态 是对存储器的写入操作。第23页/共45页 第二节性能指标 一、准确性（精确度） 仪表的准确性用准确度表示，准确度是变送器最主要的技术指标，它是指仪表在规定的参比工作条件下的最大基本误差。 变送器的基本误差是以引用误差的最大值来表示的，引用误差的计算公式为%1000lhxxxx第24页/共45页0 xx 绝对误差某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均少约0.5kg，问：该采购员对哪个商店意见最大？是何原因？第25页/共45页 例如某温度计的刻度由-50200，即其测量范围为250，若在这个测量范围内，最大测量误差不超过2.5 ？其相对百分误差为多少？第26页/共45页 用精确度表示，即“相当于被测变量真实值的正确量度”。 如果量程为100，精确度为0.5 ，求绝对误差。 绝对误差即测量值与真实值的误差 绝对误差=0.5 1000.5 二、线性误差、变差和重复性 线性误差有时也叫非线性误差，它是指校验曲线和相应直线（线性曲线）之间的最大偏差;第27页/共45页%100yyminmaxLmaxL 线性曲线校验曲线第28页/共45页 变差也叫回差，它是指输入上升和下降时，同一输入值两个相应输出值之间的最大偏差。这里要注意的是，输入上升一定要从0开始上升，同样输入下降一定要从100开始下降。如果输入只在被校点上下稍稍改变一下，则所得的变差是不正确的，不是仪表的最大变差;第29页/共45页第30页/共45页%100y210maxHmaxHy第31页/共45页 重复性误差又称复现性误差，它是指在同一工作条件下，对同一输入值按同一方向连续多次测量的差值。第32页/共45页第33页/共45页%100yy0maxmaxCR第34页/共45页 灵敏度第35页/共45页第36页/共45页第37页/共45页 三、MTBF 平均无故障工作时间（MTBF）是仪表两次故障间隔内有效工作时的平均值。设有N个控制仪表经受试验，在时间T内仪表故障总次数（失效总次数）为NF ，则观测到的MTBF为 （2-6）FNNTMTBF 第38页/共45页 【例2-1】某电厂仪表班负责维修80台变送器，它的平均无故障时间MTBF为5000h,试估算一年内维修变送器的工作任务。 解 根据式（2-6）可求出一年内维修变送器的工作任务，设一年工作时间T=24365=8760h,则（台）1405000876080MTBFNTNF第39页/共45页 四、电磁兼容性 按照国际上的一般说法，电磁兼容性的定义是：“电子系统在规定的电磁环境中按照设计要求而工作的能力”。第40页/共45页 仪表里的电子线路就是上述电子系统，它必须和附近的其他电子设备共处，彼此不产生有害影响，而自然界的雷电和地磁等环境对仪表电路也不应该有妨碍，这就是在电磁环境中互相兼顾、互相容忍的意思。 仪表是测量和处理微小信号的，附近强电设备产生的电磁波和自然界的雷电都有很大的干扰能量，必须使仪表具备足够的抗干扰能力，才能抑制外界干扰，保证正常发挥其自身的功能，所以仪表的电磁兼容性实质上就是抗干扰问题。第41页/共45页 五、耐环境影响性 热工控制仪表并不都是安装在单元控制室里的。从今后发展来看，绝大部分的仪表都要安装在现场。现场安装的仪表及处于运输、保存中的仪表，可能受到高温、严寒、高湿、强腐蚀、剧烈振动等危害。仪表是精密设备，对环境因素十分敏感。仪表是为获得信息而工作的，在不良环境下，尽管未对仪表造成损坏，但其输出信号丧失了精确性，也失去了意义，尤其是直接参与生产过程的自动化仪表，如因不耐环境而提供了虚假信号，后果将是很严重的。仪表制造厂在产品说明中给出的性能指标，很多都是属于耐环境设计方面的，如环境温度、环境湿度、工作压力(大气压力下的)、电源电压变动影响和电磁辐射干扰等。第42页/共45页 在恶劣环境下使用的热工控制仪表，其外壳必须有足够的防护能力，主要针对防固体异物、防水、防尘的能力。应规定科学的试验方法，给出相应的防护等级。我国参照IEC529国际标准，颁布了国家标准GB4208外壳防护等级的分类，规定仪表防护等级代号由特征字母IP及其后的两个特征数字组成。 第43页/共45页防护能力。防护等级 IP54，IP：防护等级的特征字母5表示具有防尘能力。4表示具有防溅能力。 IP54该仪表的外壳，但并不是绝对无尘埃进入，而是进入量不妨碍工作；还表示其外壳具有防溅能力，任何方向溅水对工作无害。第44页/共45页感谢您的观看！第45页/共45页