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 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

2、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、

3、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）,

4、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1.21.5%，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

5、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,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

6、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

7、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

8、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:eAB(240

9、)=9.747mveAB(50)=2.023mveAC(50)=3.048mveAC(10)=0.591mv未知：eBC(50)求：EABC=?,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)=10.181mV,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：EABC=eAB(240)+eBC(50)+eCA(10)当回路各接点都是50时：E

10、ABC=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)=10.181mV,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

11、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KP、TI、TD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、TI、TD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；TI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；TD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

12、，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。KP=1，TI=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

13、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

14、、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。,