自动化仪表及过程控制6
自动化仪表及过程控制
第一章绪论本章提要1.过程控制系统的基本概念2.过程控制的发展概况3.过程控制系统的组成4.过程控制的特点及分类5.衡量过程控制系统的质量指标授课内容第一节过程控制的发展概况1.基本概念过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。
(P3) 过程控制-----指工业部门生产过程的自动化。
(P3)2.过程控制的重要性z进入90年代以来自动化技术发展很快，是重要的高科技技术。
过程控制是自动化技术的重要组成部分。
在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。
3.过程控制的发展概况z19世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低。
z19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。
主要特点：检测和控制仪表-----采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表)；过程控制系统结构------单输入、单输出系统；被控参数------温度、压力、流量和液位参数；控制目的------保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动；理论-----频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。
z19世纪60年代(综合自动化阶段)：过程控制发展的第二个阶段，工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。
主要特点：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统；控制目的------提高控制质量或实现特殊要求；理论-----除经典控制理论，现代控制理论开始应用。
过程控制与自动化仪表PPT
图1-9 过渡过程品质指标示意图
假定自动控制系统在阶跃输入作用下，被控变量的 变化曲线如上图所示，这是属于衰减振荡的过渡过程
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五种重要品质指标之一
1. 最大动态偏差或超调量
最大动态偏差是指在过渡过程中，被控变量偏 离稳态值的幅度。在衰减振荡过程中，最大偏差 就是第一个波的峰值。特别是对于一些有约束条 件的系统，如化学反应器的化合物爆炸极限、触 媒烧结温度极限等，都会对最大偏差的允许值有 所限制。
发散震荡过程
X
过程控制与自动化仪表
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预备知识
○、数学模型的基本概念 一、控制系统的运动微分方程 二、非线性数学模型的线性化
微分方程 传递函数 脉冲响应函数
三、拉氏变换和拉氏反变换 四、传递函数
五、系统方框图和信号流图
六、控制系统传递函数推导举例
11/19/2019 过程控制与自动化仪表
自动化仪表 与
过程控制
1
概念
自动化：机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没
有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、 信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。
电力
过程控制 石油
煤炭
自动化钢铁运动控制Fra bibliotek冶金 化工
过程控制与自动化仪表
2
过程控制
过程控制----泛指石油、化工、电力、冶金、核能
态，这种状态就是静态。
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动态——被控变量随时间变化的不平衡状态 。
从干扰作用破坏静态平衡，经过控制，直到系统 重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环 节和信号都处于变动状态之中，这种状态叫做动态。
[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表
![[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表](https://img.taocdn.com/s3/m/908249a56529647d272852bc.png)
第四章过程控制仪表⏹本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-Ⅲ型调节器3.执行器4.可编程控制器⏹授课内容第一节概述✧过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。
在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。
过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。
过程控制仪表的分类：●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。
●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。
[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。
基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。
目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。
[单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。
使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。
特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。
它适用于各种企业的自动控制。
广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。
[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。
它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。
整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。
这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。
《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案
一、填空题1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环节组成。
2、仪表的精度等级又称准确度级，通常用引用误差作为判断仪表精度等级的尺度。
3、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n 、超调量σ和过渡过程时间；静态质量指标有稳态误差e 。
4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。
5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三大类。
6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。
7、积分作用的优点是可消除稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统稳定性下降。
8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭环比值控制和变比值控制三种。
9、预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进行补偿。
10、随着控制通道的增益K0的增加，控制作用增强，克服干扰的能力最大，系统的余差减小，最大偏差减小。
11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，不影响系统的控制质量。
12、建立过程对象模型的方法有机理建模和系统辨识与参数估计。
13、控制系统对检测变送环节的基本要求是准确、迅速和可靠。
14、控制阀的选择包括结构材质的选择、口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择。
15、防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅、限制控制器积分部分的输出和积分切除法。
16、如果对象扰动通道增益增加，扰动作用增强，系统的余差增大，最大偏差增大。
17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是通过旁路控制。
二、名词解释题1、衰减比答：衰减比定义为：衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。
为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:1～10:1。
2、自衡过程答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。
称该类被控过程为自衡过程。
3、分布式控制系统答：分布式控制系统，又称为集散控制系统，一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系统。
《过程控制与自动化仪表》习题答案
第1章（P15）1、基本练习题（1）简述过程控制的特点。
Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5）定值控制是过程控制的主要形式。
（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。
Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。
它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。
过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。
2）组成框图：（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。
2）数字式仪表的信号：无统一标准。
（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。
Q：是串级控制系统。
方块图：（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。
2）略（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。
Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。
2）略（10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q：1）不是这样。
2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。
（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是。
2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。
2、综合练习题（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
过程控制及自动化仪表总结
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。
y
AB
新稳态值 原稳态值
B’
C
ts
t
过程控制及自动化仪表总结
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 常用压力计的选过程型控制与及自使动化用仪表总结
❖ 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？
过程控制及自动化仪表总结
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。
❖ 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。
过程控制及自动化仪表总结
过程控制及自动化仪表总结
过程控制与自动化仪表
第一章1、不设反馈环节的，称为开环控制系统；设有反馈环节的，称为闭环控制系统。
2、开环控制是最简单的一种控制方式。
它的特点是，仅有从输入益到输出端的前向通路，而没有从输出端到输入端的反馈通路。
3、开环控制系统的特点是：操纵情度取决于组成系统的元器件的精度，因此对元器件的要求比较高。
4、开环控制系统普通是根据经验来设计的。
5、为了实现系统的自动控制,提高控制精度，可以改变控制方法，増加反馈回路来构成闭环控制系统。
6、系统的输岀量通过测量变送元件返回到系统的输入端，并和系统的输入量作比较的过程就称反馈。
7、如果输入量和反馈量相减则称为负反馈；反之若二者相加，则成为正反馈。
8、闭环控制系统的自动控制或者自动调节作用是基于输出信号的负反馈作用而产生的，所以经典控制理论的主要研究对象是负反馈的闭环控制系统，研究目的是得到它的普通规律，从而可以设计岀符合要求的、满足实际需要的、性能指标优良的控制系统。
9、由人工来直接进行的控制称为人工控制。
10、人在控制过程中起到了祖测、比较、判断和控制的作用，而这个调基过程就是n栓测偏差、纠正偏差”的过程。
11、液位变送器代替玻璃管液位计和人眼；控制器代替人脑；调节阀代替人手。
过程控制系统普通由自动化装置及生产装置两部份组成。
生产装置包括：被控对象；自动化装置包括：变送器，控制器，执行器。
12、系统的各种作用虽:①被控变量②设定值③测量值④控制变量⑤扰动量⑥偏差13、在生产过程中,如果要求控制系统使被控变量保持在一个生产指标上不变，或者说要求工艺参数的设定值不变，则将这种控制系统称为定值控制系统。
14、该定值是一个未知变化虽的控制系统称为随动控制系统,又称为自动跟踪系统。
15、程序控制系统的设定直也是变化的，但它是时间的已知函致，即頑定直按一定的时间顺序变化。
16、过程控制系统有两种状态:①系统的稳态②系统的动态。
17、过程控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为过程控制系统的过渡过程。
过程控制与自动化仪表
过程控制与自动化仪表1. 引言过程控制与自动化仪表是现代工业生产中不可缺少的一部分，它们在监测、控制和优化工业过程中起着重要的作用。
过程控制与自动化仪表技术的应用可以提高工业生产的效率、质量和安全性，减少人力资源的消耗，实现工业自动化。
本文将介绍过程控制与自动化仪表的基本概念、发展历程以及在工业生产中的应用。
同时还会讨论一些常见的过程控制与自动化仪表的类型和工作原理，以及它们在不同行业中的具体应用案例。
2. 过程控制与自动化仪表基本概念过程控制与自动化仪表是指一系列用于监测、控制和调节工业过程的设备和系统。
它们可以通过测量和分析过程变量，控制工艺参数并实现自动化控制。
通过使用合适的传感器、执行器和控制算法，可以实现对工业过程的精密控制和优化。
过程控制与自动化仪表主要由以下几个组成部分构成：•传感器：用于测量各种物理量，如温度、压力、流量等；•控制器：根据传感器测量值和设定值进行逻辑运算，生成控制信号；•执行器：接收控制信号，并执行相应的动作，如开关、阀门等；•监控系统：用于监视和记录工业过程中的各种参数和状态；•人机界面：提供工业过程的可视化显示和人机交互界面。
3. 过程控制与自动化仪表的发展历程过程控制与自动化仪表的发展可以追溯到工业革命时期。
在工业革命之前，工业生产主要依靠人工操作，效率低下且易出错。
随着机械设备和工业化的发展，工业生产越来越复杂，对自动化控制的需求也越来越迫切。
20世纪初，工程师们开始研究和开发过程控制与自动化仪表技术。
最早的控制系统是基于机械和电气设备的。
随着电子技术的发展，电子仪表逐渐取代了机械仪表，实现了对工业过程更加精确的控制。
到了20世纪中叶，随着计算机技术的进一步发展，数字化控制系统开始应用于工业生产。
数字化控制系统通过采集和处理大量数据，实现了对工业过程的智能化控制，并提高了系统的可靠性和稳定性。
近年来，随着互联网和物联网技术的快速发展，过程控制与自动化仪表也越来越趋向于网络化和智能化。
工业自动化仪表及过程控制(DCS与FCS)
工业自动化仪表及过程控制(6) Industrial Automation Instrumentations and Process Control第3章 DCS与FCS工业计算机控制系统数字调节运算CRT集中监视操作常见的计算机控制系统：DCS, DDCFCS, PLCSCADA工业计算机控制系统原理人工手动控制工业计算机控制系统原理计算机直接控制系统DDC：Computer Direct Control SystemDCS ：Distributed Control System 管理计算机监控计算机操作站操作站工程师站控制站控制站采集站PLC 生产过程数据通道…… ……集散控制系统特点集中管理，控制分散。
这种既集中又分散的控制方式使它具有以下主要优点：算法先进、精度高、响应速度快；监控操作方便；系统安全可靠、维护方便。
•结构上是一种分层次的控制装置；•基本控制器完成现场各子系统的现场直接控制任务；•监控计算机则通过协调各基本控制器的工作，完成监控操作；达到过程的动态优化；•管理或调度计算机则完成制定生产计划、产品管理、财务管理、人员管理以及工艺流程管理等一系列来自组织层的任务。
PLC组成的DCS系统DCS系统结构的三个主要部分•分散的过程控制装置•集中的操作管理装置•数字通信网络主要DCS生产商HoneywellElsag BailayABBYokogawaFoxboro-EckardtFisher-RosemountYamatake HoneywellSiemensCegelec/AEG Automation System(ATT)WestinghouseCENTUM系统•Yokogawa的DCS产品；•主要组成部分：现场控制站、现场监视站、操作站及高速通信总线；（图3-1）控制站(FCS)•基本控制站：代替模拟调节器工作，可以有多个控制回路。
采用功能模块组件组装式的总线结构。
除了进行基本的PID控制，还可进行位式控制、串级控制、选择性控制及顺序控制等•数据采集站：过程中的非控制变量专门设置的数据采集系统。
过程控制与自动化仪表PPT课件
块表示为这个环节的输出。线旁的字母表示相互间
的作用信号。
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第二节过程控制系统的组成及其分类
液位自动控制的方块图
• 方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差 信号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被 控变量；f 指扰动作用。当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正 反馈。
第二节 过程控制系统的组成及其分 类
1.定值控制方法
“定值” 是恒定给定值的简称。工艺生产中，若要求控制系统的作用是使 被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控变量的给定值不 变，就需要采用定值控制系统。
2.随动控制系统（自动跟踪系统）
给定值随机变化，该系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟 随给定值的变化而变化。
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第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
动态——被控变量随时间变化的不平衡状态 。
从干扰作用破坏静态平衡，经过控制，直到系统重 新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和 信号都处于变动状态之中，这种状态叫做动态。
结论：在自动化工作中，了解系统的静态是必要的，但是了 解系统的动态更为重要。因为在生产过程中，干扰是客观存 在的，是不可避免的，就需要通过自动化装置不断地施加控 制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，从而使被控变量保持 在工艺生产所要求控制的技术指标上。
图1-11 温度控制系统过渡过程曲线
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第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指 标
解 最大偏差A＝230-200＝30℃ 余差C＝205-200＝５℃ 由图上可以看出，第一个波峰值B＝230-205＝25℃， 第二个波峰值B′＝210－205＝5℃， 故衰减比应为B:B′＝25:5＝5:1。 振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔， 故周期T＝20-5＝15（min）
过程控制与自动化仪表
过程控制与自动化仪表简介过程控制是指通过测量与调节技术来实现对工业过程的控制，以达到预定的工艺要求。
而自动化仪表则是过程控制中不可或缺的一部分，它用来测量、记录和控制各种过程变量，为过程控制提供准确的数据与反馈信息。
本文将对过程控制与自动化仪表进行详细介绍。
过程控制过程控制是指对工业过程进行监测与调节，以实现所需的工艺要求。
过程控制可以分为两种类型：开环控制和闭环控制。
开环控制开环控制是一种基本的控制方式，它仅通过设置一组固定的控制参数来实现对工业过程的控制。
开环控制没有反馈机制，因此无法对过程中的变化进行实时调节。
这种控制方式适用于对过程中变化不大的情况，例如温度或压力稳定的控制。
闭环控制闭环控制是一种更为高级的控制方式，它通过测量过程变量并与设定值进行比较，然后根据比较结果进行调整。
闭环控制能够实时监测过程中的变化，并通过反馈机制来调整控制参数，使得过程保持稳定。
这种控制方式适用于对过程变化较大的情况，例如温度、液位或流量等。
自动化仪表自动化仪表是过程控制中的核心设备，用于测量、记录和控制各种过程变量。
自动化仪表通常由传感器、执行器和控制器组成。
传感器传感器是自动化仪表中最基本的部件，用于将物理量转换为电信号。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、液位传感器等。
传感器的选择需要根据需要测量的物理量和工艺要求来确定。
执行器执行器是用于控制过程变量的设备，它根据控制器的指令进行动作。
常见的执行器包括电动阀、电动调节阀、气动执行器等。
执行器的选择需要考虑控制要求、工作环境和应用场景等因素。
控制器控制器是自动化仪表的核心，用于接收传感器的信号并根据设定值进行控制。
常见的控制器有PID控制器、PLC控制器等。
控制器的选择需要根据控制要求和控制策略来确定。
过程控制与自动化仪表的应用领域过程控制与自动化仪表广泛应用于各个工业领域，包括石化、制药、电力、冶金等。
以下是一些典型的应用领域：石化工业在石化工业中，过程控制与自动化仪表用于监测与控制各个工艺单元，例如蒸馏塔、反应器、炉窑等。
(完整版)《自动化仪表与过程控制》课程标准
《自动化仪表与过程控制》课程标准课程代码课程类别专业课程课程类型理实一体课程课程性质必修课程课程学分3学分课程学时48学时修读学期第4学期适用专业电气自动化技术合作开发企业一汽轿车有限公司、长春轨道客车股份有限公司执笔人杨华、陈刚审核人杨华1．课程定位与设计思路1．1课程定位自动化仪表与过程控制课程是电气自动化技术专业的一门专业核心课程，专业必修课程。
本课程的作用是通过学习性的工作任务教学方式，采取情境教学方法培养学生具有相应的构建过程控制系统和综合分析能力。
本课程通过前修课程高等数学、电工基础、传感器与自动检测的学习，将传感器在过程控制系统中应用和电学相关的简单电路知识融合在本课程的教学中，使复杂的理论知识变的简单，便于学生理解和掌握；通过前修课程自动控制系统中反馈控制系统、前馈控制系统等控制方案的学习，应使学生了解自动控制系统方框图的原理，并能进行初步设计。
为后续的生产过程自动控制实训、毕业设计的学习打下必要的理论知识和实践基础。
1．2设计思路整个课程设计一个大的总体项目——电加热锅炉自动控制系统开发与实施。
设计自动化仪表与过程控制系统的认识与描述、检测变送仪表、控制仪表、执行器及安全栅、被控过程的数学模型、简单控制系统的设计、提高控制质量的控制系统、满足特定要求的过程控制系统共计六个教学环节，通过“教、学、做”一体化的教学方法，熟悉过程控制系统组成原理、学会仪表的使用、掌握系统调试方法，综合应用知识与各种方法，最终具备能够分析设计符合各种要求的综合过程控制系统的能力。
学习项目一预计参考学时为4学时，学习项目二预计参考学时为12学时，学习项目三预计参考学时为4学时，学习项目四预计参考学时为12学时。
学习项目五预计参考学时为10学时，学习项目六预计参考学时为6学时。
达到本学习领域的能力培养目标可获3学分。
2．课程目标在掌握过程控制基本理论和常用控制仪表知识的基础上，能熟练地使用与维护常用控制仪表，能熟练地运行与维护常用过程控制系统，较熟练地掌握简单控制系统的开发与组织实施能力。
化工仪表第6章简单控制系统
第二节 简单控制系统的设计
影响提馏段灵敏板温度T灵的
因素主要有：
进料流量Q入 进料成分X入 进料温度T入 回流流量Q回 回流温度T回 不可控 不可控 不可控 可控 (不可控)
图6-8 影响提馏段温度各种 因素示意图
加热蒸汽流量QZ
冷凝器冷却温度 塔压P
可控
(不可控) 不可控
通过工艺分析，选择蒸汽流量作为操纵变量。 控制更及时，更显著。
燃料气
3. 变送器是随炉温升高,输出增大, 也是“正”方向。 4. 所以控制器必须为“反方向”, 才能当炉温升高时,使阀门关小, 炉温下降。
加热炉出口温度控制
第五节 控制系统的投运及操作中的常见问题
举例
液位控制系统
控制阀采用了气开阀 1. 当控制阀打开时,液位是下 降的,所以对象的作用方向 是“反”的。
A: 无纯滞后时的校正作用
B: 有纯滞后时的校正作用
C: 不受控下的输出曲线 D: 无纯滞后时的输出曲线 E: 有纯滞后时的输出曲线
在选择控制变量构成控制回路时，应尽量避免控制通道纯滞 后τ0的存在，无法避免时应使之尽可能小。
干扰通道时间常数 Tf
Tf越大越好，干扰对被控变量 的影响越缓慢，越有利于改善 控制质量。
概述
选择被控变量 选择控制变量
处理测量信号
选择调节阀 选择控制规律 系统投运 参数整定
第一节 简单控制系统的结构与组成
简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个 控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。
图6-1 液位控制系统
图6-2 温度控制系统
第一节 简单控制系统的结构与组成
1—精馏塔；2—蒸汽加热器
图6-5 苯-甲苯溶液 的T-x图
过程控制与自动化仪表介绍
过程控制与自动化仪表介绍过程控制与自动化仪表的工作原理是通过传感器采集各种生产参数，如温度、压力、流量、液位等，然后将这些参数转换成电信号，并送到控制器进行处理。
控制器根据预设的控制算法，可以自动地调节各种执行器，如阀门、电机等，来达到控制生产过程的目的。
这样就能够实现对生产过程的自动化控制。
过程控制与自动化仪表的种类多种多样，根据其功能可以分为传感器、控制器、执行器等多种类型。
传感器可以根据所测量的参数种类分为温度传感器、压力传感器、流量传感器等；控制器可以分为PID控制器、PLC控制器、DCS控制器等不同类型；执行器可以分为阀门执行器、电机执行器等多种类型。
在工业生产中，过程控制与自动化仪表的应用可以帮助实现对生产过程的精确控制，提高生产效率，降低能耗成本，提高产品质量，减少人为因素对生产过程的影响，从而使得生产过程更加稳定和可靠。
同时，过程控制与自动化仪表还可以实现远程监测和操作，方便管理人员对生产过程的监控和调整。
总的来说，过程控制与自动化仪表是工业生产中不可或缺的重要设备，它能够帮助实现生产过程的自动化、稳定和高效运行，是提高工业生产质量和效率的重要手段。
过程控制与自动化仪表在工业生产中扮演了至关重要的角色。
它们不仅能够确保生产设备的稳定运行和生产质量的一致性，还可以实现高效的生产过程，节约能源并降低成本。
在本文中，我们将深入探讨过程控制与自动化仪表的工作原理、类型、应用以及未来发展趋势。
## 工作原理过程控制与自动化仪表的工作原理基于控制系统的闭环反馈原理。
首先，传感器可以通过各种不同的检测方法，如电阻、电容、光电、超声波等，来实时获取生产过程中的各种参数。
接下来，传感器将这些参数转换成电信号，并通过电缆或者wifi等传输方式传送给控制器。
控制器是过程控制与自动化仪表的核心部件，它接收传感器传来的信息，并通过预设的算法来处理这些信息。
比如，通过PID控制算法，控制器可以根据实际测量到的参数值与设定的目标值之间的差异，来调节执行器。
自动化仪表与过程控制第六版答案
自动化仪表与过程控制第六版答案0-1自动化仪表是指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表?自动化仪表:是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表0-2 DDZ-I型与DDZ-I型仪表的电压,电流信号输出标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处?P5第二段0-3什么叫两线制变送器?它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分?P5~60-4什么是仪表的精确度﹖试问一台量程为-100~100C,精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少?一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高x/(100+100)=0.5% x=1摄氏度1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么叫热电偶的分度号?在什么情况下要使用补偿导线?答:a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。
b、铂极其合金，镍铬-镍硅,镍铬-康铜，铜-康铜。
c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。
d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。
1-2热电阻测温有什么特点?为什么热电阻要用三线接法?答: a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。
b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。
1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。
在什么情况下要做零点迁移?答:a、结构:其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。
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第六章提高控制品质的控制系统
⏹本章提要
1.串级控制系统
2.前馈控制系统
3.大时延控制系统
⏹授课内容
第一节串级控制系统
✧串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为
另一个调节器的给定值的系统。
例：加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统
1.基本概念即组成结构
串级控制系统的结构和方框图
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。
前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。
副回路由副变量检测变送、副
调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。
二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。
2.串级控制系统的工作过程
当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。
根据扰动施加点的位置不同，分种情况进行分析：
●扰动作用于副回路
●扰动作用于主过程
●扰动同时作用于副回路和主过程
分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。
副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。
3.系统特点及分析
特点：
●改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。
●能迅速克服进入副回路的二次扰动。
●提高了系统的工作频率。
●对负荷变化的适应性较强
4.工程应用场合
●应用于容量滞后较大的过程
●应用于纯时延较大的过程
●应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程
●应用于参数互相关联的过程
●应用于非线性过程
5.系统设计
●主参数的选择和主回路的设计
●副参数的选择和副回路的设计
●控制系统控制参数的选择
●串级控制系统主、副调节器控制规律的选择
●串级控制系统主、副调节器正、反作用方式的确定
6.串级控制系统的整定
第二节前馈控制系统
1.前馈控制原理
前馈控制是按照扰动作用的大小进行控制。
当扰动一出现，就能根据扰动的测量信号来控制操纵变量，及时补偿扰动对被控变量的影响，所以控制是及时的，如果补偿作用完善，可以使被控变量不产生偏差，其方框图如下图所示。
它是一个开环控制系统。
在很多场合下都是将前馈控制与反馈控制结合在一起组成前馈—反馈控制系统，称之为复合控制系统。
这些系统即使在大而频繁的扰动下，仍能获得优良的控制品质。
2.前馈控制与反馈控制的比较
反馈控制系统-----是按被控参数与给定值的偏差进行控制的，其特点是在被控参数出现偏差后，调节器发出控制命令以补偿扰动对被控参数的影响，最后消除(或基本消除)偏差。
若扰动已经发生，而被控参数尚未变化，则调节器将不产生校正作用。
所以，反馈控制总是滞后于扰动，是一种不及时的控制，会造成调节过程的动态偏差。
有时其控制质量较差。
前馈控制系统-----当扰动一出现，调节器即根据扰动的性质和大小进行控制，以补偿扰动的影响，使被控参数不变或基本保持不变。
相对于反馈控制来说，前馈控制是及时的，理论上可达到完全补偿。
因此，对于时间常数或时延大、扰动大而频繁的过程有显著效果。
3.前馈控制的选用原则
当生产过程的控制精度要求较高，而反馈控制又不能满足工艺要求时，可以考虑选用前馈控制。
选用原则：
●系统中存在着频率高、幅值大、可测而不可控的扰动时，选用前馈控制；
●当控制系统控制通道时延较大、反馈控制又不能得到良好的控制效果时，
选用前馈控制；
●经济性原则。
4.前馈控制的系统设计
在设计中，以控制系统的品质指标为依据，应包括系统控制方案设计及系统参数整定两个部分。
第三节大时延控制系统
1.原理概述
在现代工业生产过程中，有不少的过程特性具有较大的纯时延，其特点是当控制作用产生后，在时延τ范围内，被控参数完全没有响应。
典型的工艺过程有：皮带传输过程、连续轧钢过程。
纯时延对系统控制质量的影响
●过程扰动通道纯时延对系统控制质量无影响，仅使系统响应曲线推迟了一
个时延τ。
●当过程控制通道或测量变送环节存在纯时延时，会降低系统的稳定性，另
外，由控制原理可知，纯时延会导致增大被控参数的最大偏差值，系统的
动态质量下降。
2.补偿纯时延过程的常规控制方案
微分先行控制方案
中间微分控制方案
中间反馈控制方案
3.预估补偿控制方案
针对具有纯时延的过程，提出在PID反馈控制的基础上，引入一个预估补偿环节，使控制品质大大提高。