过程控制仪表
过程控制与自动化仪表课程设计
过程控制与自动化仪表课程设计前言过程控制与自动化仪表课程是工程领域中非常重要的基础课程之一，它涉及到工程研发、生产运营以及企业管理等多个方面。
本文将介绍一种基于实践的课程设计方法，旨在让学生深入掌握过程控制与自动化仪表的基础知识。
设计目标•确定学生对过程控制与自动化仪表的基本概念和技术掌握程度。
•培养学生的设计和实验能力，让他们能够运用所学知识分别设计并完成过程控制实验和自动化仪表实验。
•提高学生的团队合作和沟通能力，通过设计项目的过程，激发学生的创新潜力。
设计内容过程控制实验设计实验一：温度控制系统设计在该实验中，学生需要设计一个基于PID控制算法的温度控制系统。
通过调整控制器的参数，让温度快速稳定在设定值附近，并且能够在温度变化时快速响应和自适应调整。
实验二：流量控制系统设计在该实验中，学生需要设计一个基于比例控制算法的流量控制系统。
通过调整控制器的参数，让流量在设定值附近稳定，并且能够在流量变化时快速响应和自适应调整。
自动化仪表实验设计实验三：温度传感器的实现在该实验中，学生需要实现一个基于热电偶的温度传感器。
通过校准测试，让学生了解测量误差来源和校准方法。
实验四：流量计的实现在该实验中，学生需要实现一个流量计，通过实验测试让学生了解其特性和测量误差来源。
设计方法阶段一：学习基础概念和技术在本阶段，学生需要学习过程控制和自动化仪表的基础概念和技术，包括控制系统、PID控制器、量程、精度等方面的知识。
阶段二：组建设计小组在本阶段，每个小组需要选择一个相对复杂的课程设计内容，进行深入的研究和讨论，拟定初步设计方案。
阶段三：设计与实现在本阶段，学生需要分成小组，负责具体的实验设计与实现。
在设计的过程中，需要充分考虑过程控制和自动化仪表的基本原理和设计要求。
在实现的过程中，需要用到软件工具和实验平台。
阶段四：实验测试与评价在本阶段，学生需要对实验设计进行测试，并记录数据处理结果。
测试过程中需要考虑实验中的各种随机与不确定因素。
过程控制与仪表(共15张PPT)
（3）显示仪表选择
• 显示仪表智能流量显示仪，具有稳压 补偿、瞬时流量显示和累积流量积算功能。
第6页，共15页。
涡街流量计的多数设定
• （1）仪表系统的设定，合肥仪表总厂需设 定的仪表
• 系数K可用下式表示： • K= 1000/K0 • 式中：K0为涡街发生体在出厂时标定
的仪表常数，L/脉冲；k的单位为脉冲数 /m3。 • （2）压力补偿压力变送器的量程设定。 • （3）压力、流量报警上限设定。
第3页，共15页。
涡街流量计的应用
• 涡用流量计的选择
•
（1）涡街流量变送器的选择
•
我公司在饱和蒸汽测量中采用明通仪表有限公
司生产的VA型压电式涡街流量变送器，由于涡街流
量计量程范围宽，因此，在实际应用中，一般主要
考虑测量饱和蒸汽的流量不得低于涡街流量计的下
限，也就是说必须满足流体流速不得低于5m/s。根
第8页，共15页。
4、涡街流量计使用注意事项
• 尽量减少管道内汽锤对 涡街发生体的冲击。振 动较大而又无法消除时， 不宜采用涡街流量计
第9页，共15页。
※原理
• 在流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧交替地产生有规 ◆高温–25℃～则15的0℃旋-2涡5℃，～2这50℃种旋涡称为卡门旋涡，如右图所示，旋涡列在旋涡发生体下游 在（流2）体压中力安补放非偿一压对个力非称变流送地线器型排的旋量涡列程发设。生定体。，使流体在发生体两侧交替地分离，释放出两串规则地交错排列的旋涡，且在一定范围内旋涡分离 频（ P◆◆f=高法nS率1，r）兰温U与P仪1–连-流•/2-d表 分接5=量℃系 别S式成r～表统 为U口正1/的 标m径体5比0d设 准选℃的设（通定 状择流-1旋2，态1径）量50合 下℃0涡计为,1肥 和～。5的仪 工D205,2表 况发，00℃总 下0生即厂 的频需 绝可设 对率得定 压为的 力到f仪 ，，以表Pa被；下测关介系质式平：均流速为 ，旋涡发生体迎流面宽度为d， （设温1旋度）涡 补仪涡的偿•表街发一系流生体统量频型的变率涡设送为街f定器=流f，， 的S量被r合选U计测肥择1还介仪/带d质表=有平总S温均厂r度U流需传/速m设感为定d器的，（，仪旋可1表涡）以发直生接体测迎量流出面饱宽和度蒸为汽d的，温表度体并通计径算为出D，压即力可，得从到而以显下示关饱系和式蒸：汽的质量流量。 K（除1）与仪旋•表涡系发统生的体设、式定管中，道合的肥几U仪何1表尺-总寸-旋厂有需关涡设外发定，的还生仪与体表斯特两劳侧哈尔平数均有关流。速，m/s； 式◆（涡脉中1街）冲： 流涡占K量•街空0计为流比的涡量约多街变5数0发送%设生S器,传定体r的输-在-选距斯出择离厂特为时1劳标00定m哈的尔仪表数常；数，L/脉冲； 斯 根特据劳用哈 汽• 尔 量数 的为 大无 小量 选m纲 用-参不-旋数 同， 口涡它 径与 的发旋 涡生涡 街发 流体生 量体 变两形 送侧状 器及 ，弓雷 而形诺 不数 能面有 以关 现积， 有与图 的工2管所艺示道管为道圆横口柱径截状来旋面选涡择面发变生送积体器的之口斯径比特。劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。 为 由公温温于司度压饱 管 补 补和道偿偿• 蒸饱一一汽和体体管蒸型型路汽涡带长压街有管，力流温道压在量度内力计、0. 波还压体动带力积较有传流大温感，度器量必传，q须感用v采器于用，气压可体力以流补直量偿接测，测量考量可虑出直到饱接压和测力蒸量、汽出温的气度温体及度介密并质度计的的算温对出度应压和关力压系，力， 从 ，测而从量显而中示显只饱示采和气用蒸体压汽的力的标补质况偿量体即流积可量流，。量由。于明通 由寸7设M上等旋P式 有 涡a范可关的•围见。发，，生压频V力S率F变输为q送出fv，器的=被的π脉测量D冲介程2频质选U率平择/信4均1号=M流π不P速aD受即为2流可，m体。旋d物涡f性/4发和S生组r体分(迎2变)流化面的宽影度响为，d即，仪表表体系通数径在为一D，定即雷可诺得数到范以围下内关仅系与式旋：涡发生体及管道的形状尺 但由是图作 可为见• 流，量在计Re在D物=K2料×=1平f0/4q衡～v及7=×能[1π源06D计范量2围m中内需d，检/S4r测可S质视r]量为-1流常量(数3，，)这这时是流仪量表计正的常输工出作信范号围应。同时监测体积流量和流体密度，流体物性和组分对流 量计量还• 是有直接影式响的中 K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。
《过程控制及仪表》课件
2
电气指标和计量单位
电流、电压、电阻、电功率等
பைடு நூலகம்
计量单位的转换
3
仪表信号传输和处理
传感器和信号转换器
信号放大和滤波
控制系统与仪表的应用
工业自动化中的应用
航空航天中的应用
生命科学中的应用
总结
概念、原理和应用
本课件对过程控制和仪表的概念、原理和应用进行了介绍。
为学习和工作提供指导
学生可以通过本课件了解控制系统和仪表相关知识，为今后的学习和工作提供指导。
《过程控制及仪表》PPT课件
# 过程控制及仪表PPT课件 ## 简介 - 本课件主要介绍过程控制和仪表的相关知识。 - 旨在帮助学生了解控制系统和仪表的基本原理以及使用方法。
控制系统
控制系统概述
定义和分类 组成和特点
控制系统建模
系统模型 状态空间模型 传递函数模型
仪表
1
仪表概述
定义和分类
组成和特点
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
过程控制与自动化仪表
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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。
过程控制与自动化仪表
29
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。
过程控制系统与仪表考试整理
过程控制系统与仪表第一章1 过程控制系统主要任务：对生产过程中的有关参数（温度压力流量物位等）进行控制使其保持恒定或按一定规律变化在保证产品质量和生产安全的前提下使连续生产过程自动进行下去2 特点：1）控制对象复杂控制要求多样2）检测方案丰富3）控制多属于慢过程控制4）定值控制是过程控制的一种主要形式5）过程控制系统由规范化的过程检测仪表组成过程控制分类方法1按设定值的形式不同划分1）定值控制系统2）随动控制系统3）过程控制系统2按系统地结构特点分1）反馈控制系统2）前馈控制系统3）前馈反馈复合控制系统稳态：对于定值控制当控制系统输入不变时整个系统若能达到一种平衡状态系统各个组成环节暂时不动作它们的输入输出信号都处于相对静止状态就是稳态动态：从外部扰动出现平衡状态遭到破坏自动控制装置开始动作到整个系统又建立新的稳态调节过程结束的这一段时间整个系统的各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中叫动态控制系统的过度过程：系统从原来的平衡状态经过动态过程达到新的平衡状态的动态历程稳定过渡过程：不稳定过渡过程系统的控制作用能否使被控参数回到原来的设定值用阶跃输入分析过渡过程外部扰动阶跃变化时被控参数响应曲线与设定阶跃变化时的特征是相同的通常采用设定值阶跃变化时被控参数响应的典型曲线来定义控制系统的单项性能指标主要有衰减比超调量与最大动态偏差静差调节时间震荡频率等第二章计算题会选择仪表精度思考与练习题2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0级。
试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa ，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？解答：1）基本误差δ=100%⨯最大绝对误差?max ＝0.01×10＝0.1MPa2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ 0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。
过程控制仪表 教学大纲
过程控制仪表一、课程说明课程编号：090011Z10课程名称：过程控制仪表/Instruments for Process Control课程类别：专业课学时/学分：32/2 (其中实验学时：4)先修课程：电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制理论等适用专业：测控技术与仪器,电气工程及自动化教材、教学参考书：1.潘永湘、杨延西、赵跃编著.过程控制与自动化仪表.北京：机械工业出版社.2007年；2.林德杰主编.过程控制仪表及控制系统.北京：机械工业出版社.2009年；3.王再英,刘淮霞,陈毅静编著.过程控制系统与仪表.北京：机械工业出版社.2006年；4.潘永湘、杨延西、赵跃编著.过程控制与自动化仪表.北京：机械工业出版社.2007年二、课程设置的目的意义本课程是为测控技术与仪器等电气信息类本科专业的专业选修课程。
通过了解过程控制仪表的发展概况和分类方法，重点掌握包括变送器、调节器和执行器在内的模拟及数字式的调节仪表和装置，培养学生具有使用过程控制仪表和装置构成过程控制系统的能力，为学生后续课程和毕业设计以及今后的工作打下良好的基础。
三、课程的基本要求知识：了解过程控制仪表、系统的概念、组成、分类和发展概况；掌握变送器、执行器、单元控制器的基本工作原理和典型电路分析；掌握差压变送器、温度变送器的工作原理及智能变送器原理与使用方法；掌握防爆安全常识与防爆安全栅原理；掌握P、PI、PD、PID调节器的调节原理及特性；掌握基型PID调节器的工作原理及特性；掌握数字调节器设计方法与参数整定；掌握气动执行器和电动执行器的工作原理及使用方法。
能力：将过程控制仪表与装置及相关先修课程知识综合应用于一般工程问题，正确表达符合需求的工艺过程中参量测量问题及其转化测量问题的能力；依据功能与性能要求和应用环境提出可满足需求的系统解决方案，在学习、讨论和解决工业生产应用实际问题的过程中，积累经验知识并培养创新意识，提高发现、分析、解决问题的能力。
过程控制系统与仪表 王再英 第3章 控制仪表-2010
y = K pe
3.1 基本控制规律及特点
3.1.2 比例控制（P） 比例控制（ ）
杠杆（控制器） 杠杆（控制器） 浮球：测量元件 浮球：
活塞阀
图3-3 简单的自力式 比例控制系统示意图
29
3.1 基本控制规律及特点
原来系统处于平衡， 原来系统处于平衡，进 水量与出水量相等， 水量与出水量相等，此时进 水阀有一开度。 水阀有一开度。 t=0时 t=0时，出水量阶跃增 加，引起液位下降，浮球下 引起液位下降， 移带动进水阀开大。 移带动进水阀开大。 当进水量增加到与出水 量相等时，系统重新平衡， 量相等时，系统重新平衡， 液位也不再变化。 液位也不再变化。
y = K pe
（3-3） ）
K p为放大倍数（比例增益），它的大小决定了比例控制作用 为放大倍数（比例增益）， ），它的大小决定了比例控制作用 的强弱。 K p越大，比例控制作用越强。 的强弱。 越大，比例控制作用越强。
24
3.1 基本控制规律及特点
3.1.2 比例控制（P） 比例控制（ ）
y = K pe
（3-3） ）
比例度： 比例度：就是指控制器输入偏差的相对变化值与相应的输出的 相对变化值之比，用百分数表示： 相对变化值之比，用百分数表示：
e P= x −x min max
ymax
y − ymin
× 100%
（3-4） ）
式中： 为输入偏差 为相应的输出变化量 为输入偏差； 为相应的输出变化量； 式中：e为输入偏差；y为相应的输出变化量； (xmax − xmin )为测量输入的最大变化量，即控制器的输入量程； 为测量输入的最大变化量，即控制器的输入量程； ( y max − y min )为输出的最大变化量，即控制器的输出量程。 为输出的最大变化量，即控制器的输出量程。
过程控制仪表.详解
过程控制 3、按结构形式分类
单元组合式仪表 基地式仪表 集散型计算机控制系统
现场总线控制系统
过程控制
单元组合式仪表： 根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求，将仪表做 成能实现一定功能的独立仪表（称为单元），各个仪表之间 用统一的标准信号进行联系。 将各种单元进行不同组合，可以构成多种多样、适用于各种不 同场合需要的自动检测或控制系统。 有电动单元组合仪表（DDZ）和气动单元组合仪表（QDZ）两 大类。都经历了I型、II型(010mA) 、III型(420mA, 15v)的 三个发展阶段。
最简单的电动执行器称为电磁阀
其它连续动作的电动执行器都使用电动机作动力元件，将
调节阀的信号转变为阀的开度 + 伺服电动机 伺服放大器 －
减速器
位置发生器
电动执行机构的构成框图
三、调节阀的气开和气关
1、执行机构与调节机构的组合
过程控制
气开阀：在有信号压力输入时阀打开、无信号压力时阀全关 气关阀：在有信号压力时阀关闭，无信号压力时阀全开 从控制系统角度出发，气开阀为正作用，气关阀为反作用
4、数学运算
过程控制
当检测信号与被控变量之间有一定的函数关系时，需要进行数 学运算获得实际的被控变量数值。
5、信号报警
如果检测变送信号超出工艺过程的运行范围，就要进行信号 报警和连锁处理。
6、数字变换
例如快速傅里叶变换、小波变换； 在计算机控制系统中，模数转换和数模转换时经常使用的。
3.3 执行器
过程控制
温度变送器 压力变送器 将各种被测参数变换成相 应的标准统一信号传送到 接收仪表或装置，以供显 示、记录或控制
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。
过程控制与仪表练习题
《过程控制与仪表》试题1一、填空题（每空1分，共20分）：1、热电偶置于温度为T的接点称为，另一端置于温度为T0的接点称为。
2、热电阻温度计是利用导体或半导体的的特性而实现温度测量的。
3、表压是指，即一般压力表所指示的数值。
4、热电偶的热电势由和两部分组成。
5、1Pa（帕）= atm（标准大气压）6、差压式流量计是由和差压计组成的一种流量检测仪表。
7、差压式流量计测量流量的基本原理是。
8、本质安全型仪表的基本原理是。
9、变送器的输出与输入之间的关系仅取决于和的特性。
10、实际工程测量中，常常需要将测量的起始点迁移到某一数值（正值或负值），即所谓的。
11、DDZ-Ⅲ温度变送器有三种类型：毫伏变送器、、。
12、执行器由和两个部分组成。
13、过程控制系统的分类：开环控制系统、。
14、临界比例度法是系统按纯比例投入运行，稳定后，逐步地减小比例度，在外界输入作用下，观察过程变化情况，直至系统出现为止，记下此时比例度δK和振荡周期T K。
15、串级控制系统的主回路是具有细调作用,进行系统校正。
二、选择题（每题2分，共20分）1、常用测温方法中，下列属于接触式测温的是（）A、光学高温计B、辐射高温计C、比色高温计D、热电阻2. 弹簧管压力表测量范围宽，可测（）。
（1）负压（2）微压（3）低压（4）中压（5）高压A、（1）（2）B、（2）（3）（4）C、（1）（2）（3）（4）（5）D、（3）（4）（5）3. 变送器量程调整的方法，通常是改变反馈部分的反馈系数F。
F愈大，量程就（）。
A、愈大B、愈小C、不变D、不清楚4. （）具有防火防爆的优点，特别适用于具有爆炸危险的石油、化工生产过程。
A、电动执行器B、液动执行器C、气动执行器D、以上都不是5、三通阀大多用于热交换器的温度控制、配比控制和旁路控制，在使用中应注意流体温差不宜过大，通常小于（）。
A、70℃B、90℃C、150℃D、180℃6. 下列适用于粘度较大的场合，在石灰、泥浆等流体中的调节阀是（）A、角形阀B、凸轮挠曲阀C、三通阀D、直通单座阀7. 下列属于被控对象的是（）A、锅炉的温度B、锅炉的水位C、锅炉D、锅炉的的给水阀门8、下列不是比例积分调节的特性的选项是（）A、无差调节B、调节及时C、浮动调节D、超前调节9. 下列不是比例积分调节的特性的选项是（）A、无差调节B、调节及时C、浮动调节D、超前调节10、在某一PID图中，某一仪表编号是FT-201，可以判断这是一台（）A、差压变送器B、流量计C、流量控制器D、流量变送器三、判断题（每题1分，共10分）1、常用测温方法中，热电偶属于接触式测温。
过程控制系统与仪表知识点归纳
检测的基本方法：1接触式与非接触式;2直接、间接与组合测量；3偏差式、零位式与微差式测量..检测仪表的组成：传感器;变送器;显示仪表;传输通道绝对误差Δ：被测量的测量值xi与真值x0之差..即Δ=xi- x0系统误差、随机误差和粗大误差温标三要素：温度计、固定点和内插方程温标不是温度标准;而是温度标尺的简称测温方法及分类：1接触式：测温元件与被测对象接触;依靠传热和对流进行热交换..2非接触式：测温元件不与被测对象接触;而是通过热辐射进行热交换;或测温元件接收被测对象的部分热辐射能;由热辐射能大小推出被测对象的温度..热电偶测温原理两种不同的导体或半导体材料A和B组成闭合回路;如果两个结合点处的温度不相等;则回路中就会有电流产生;这种现象叫做热电效应..热电势由两部分组成：温差电势和接触电势..热电动势1只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶;且两端温度必须不同；2热电势的大小;只与组成热电偶的材料和材料两端连接点处的温度有关;与热电偶丝的大小尺寸及沿程温度分布无关..热电偶的基本定律一均质材料定律二中间导体定律三中间温度定律四参考电极定律热电偶结构：热电极、绝缘套管、保护管和接线盒 S、R、B三种热电偶均由铂和铂铑合金制成;称贵金属热电偶..K、N、T、E、J五种热电偶;是由镍、铬、硅、铜、铝、锰、镁、钴等金属的合金制成;称为廉价金属热电偶热电偶的冷端补偿：冰点法;计算法;冷端补偿器法;补偿导线法可将热电偶的参比端移到离被测介质较远且温度比较稳定场合补偿原理：不平衡电动势Uba补偿抵消热电偶因冷端温度波动引起的误差..压力检测方法：1 弹性力平衡法2 重力平衡方法3 机械力平衡方法4物性测量方法弹性元件：弹簧管;弹性膜片;波纹管霍尔压力传感器：属于位移式压力差压传感器..它是利用霍尔效应;把压力作用所产生的弹性元件的位移转变成电势信号;实现压力信号的远传..压电式传感器：是一种典型的发电型传感器..它以某些电介质的压电效应为基础;将被测量转换成电荷和电压;完成由非电量到电量的转换过程..压电效应：压电材料在沿一定方向受到压力或拉力作用时;其内部产生极化现象;并在其表面上产生电荷；而且在去掉外力后;它们又重新恢复到原来的不带电状态;这种现象称之为压电效应..热电偶式真空计：利用发热丝周围气体的导热率与气体的稀薄程度真空度间的关系..流量计类型：速度式流量计;容积式流量计节流装置测量原理：当流体连续流过节流孔时;在节流件前后由于压头转换而产生压差..对于不可压缩流体例如水;节流前后流体的密度保持不变.. Q=αA d√(2△p/ρ)标准节流装置：标准孔板、标准喷嘴与标准文丘里管阿牛巴是一种均速流量探头;配以差压变送器和流量积算器而组成阿牛巴流量计;也属于差压式流量测量仪表;用来测量一般气体、液体和蒸汽的流量电磁流量计原理：被测流体垂直于磁力线方向流动而切割磁力线时;在与流体流向和磁力线垂直方向上产生感应电势Ex伏;Ex与体积流量Q的关系为: Ex=4B/πDQ×10-8=KQ 利用传感器测量管上对称配置的电极引出感应电势;经放大和转换处理后;仪表指示出流量值..自动控制：就是在没有人直接参与的情况下;利用外加的设备或装置控制装置;使机器、设备或生产过程控制对象的某个工作状态或参数被控量按照预定的规律自动地运行过程控制系统：以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统..过程控制系统组成：对象;检测元件及变送器;控制器;执行器过程控制系统的分类：定值控制系统、程序控制系统与随动控制系统控制系统的品质指标:衰减比n;最大偏差或超调量;余差C;稳定时间;震荡周期或频率自衡的非振荡过程：在阶跃作用下;被控变量无须外加任何控制作用、不经振荡过程能逐渐趋于新的状态的性质;称自衡的非震荡过程..无自衡非振荡过程：如果不依靠外加控制作用;不能建立起新的物料平衡状态;这种特性称为无自衡..有自衡的振荡过程：在阶跃作用下;被控变量出现衰减振荡过程;最后趋于新的稳态值;称为有自衡的振荡过程..具有反向特性的过程：有少数过程会在阶跃作用下;被控变量先降后升;或先升后降;即起始时的变化方向与最终的变化方向相反..对象特性的参数 :一放大系数K放大系数K是一个静态特性参数;只与被控量的变化过程起点与终点有关;而与被控量的变化过程没有关系..二时间常数 Tc时间常数Tc是说明被控量变化快慢的参数;其值等于系统阻值R与容量C的乘积三滞后时间τ对象在受到扰动作用后;被控量不是立即变化;而是经过一段时间后才开始变化;这个时间就称为滞后时间被控过程的数学模型 :模型分类：动态与静态模型；参数模型与非参数模型..建模方法：机理建模；实验建模变送器在自动检测和控制系统中的作用;是将各种工艺参数转换成统一的标准信号;以供显示、记录或控制之用..温度变送器其作用是将热电偶、热电阻的检测信号转换成标准统一的信号;输出给显示仪表或控制器实现对温度的显示、记录或自动控制差压变送器用于防止管道中的介质直接进入变送器里;感压膜片与变送器之间靠注满流体的毛细管连接起来..它用于测量液体、气体或蒸汽的液位、流量和压力;然后将其转变成4～20mA DC信号输出..被控量的选择原则：1作为被控量;必须能够获得检测信号并有足够大的灵敏度;滞后要小2必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状;检测点的选取必须合适..3以产品质量指标为被控量4以工艺控制指标为被控量操纵量的选择原则：1控制通道对象放大系数适当地大些;时间常数适中;纯滞后越小越好；2扰动通道对象的放大系数应尽可能小;时间常数应尽可能大；3扰动作用点应尽量靠近控制阀或远离检测元件;增大扰动通道的容量滞后;可减少对被控量的影响； 4操纵量的选择不能单纯从自动控制的角度出发;还必需考虑生产工艺的合理性、经济性..前馈控制是指按照扰动产生校正作用的控制方法..基本原理：测取进入过程的扰动量外界扰动和设定值变化;并按照其信号产生合适的控制作用去改变控制量;已抵消补偿扰动对被控量的影响..计算机控制系统的组成：工业控制计算机和生产过程计算机控制系统：1操作指导控制系统2直接数字控制系统3监督控制系统4数据采集与监视控制系统5集散控制系统6现场总线控制系统7计算机集成制造系统可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统;专为在工业环境应用而设计的PLC 的基本特点:1可靠性高、抗干扰能力强；2设计、安装容易;接线简单;维护方便；3编程简单、使用方便；4模块品种丰富、通用性好、功能强；5体积小、重量轻、能耗低;易于实现自动化..集散控制系统DCS 就是以微处理器为基础的集中分散型控制系统..分级：1分散过程控制级2集中操作监控级3综合信息管理级1操作员站2现场控制站3工程师站4服务器和其它功能站DCS 功能特点:1分散控制;集中管理；2硬件积木化;软件模块化；3采用局域网通信技术；4完善的控制功能；5管理能力强；6安全可靠性高；7高性能/价格比..DDZ Ⅱ与III 区别：DDZ-Ⅱ型是分立元件放大器;主输出0～5V;辅助输出0～10mA;这样故障输出0和零点输出0就分辨不出来；Ⅲ型是集成电路放大器;主输出4～20mA;辅助输出1～5V;可以分辨出故障输出0和零位输出0实际输出是1V 或者4mA..而且超量程可以输出3.8mA 和20.8mA..这样仪表检修工容易判断是否故障..PID 参数特点、优点、控制规律：P 灵敏简单;只有一个整定参数但存在误差PI 消除静差灵敏;但对滞后较大对象;调节慢且效果不好PD 增进调节系统的稳定性;调小比例度加快调节过程减小动态偏/静差;系统对高频干扰特别明显;输出易夹杂高频干扰PID 综合了各类调节作用的优点所以有更高的调节质量;对于滞后大;负荷大的对象;用复杂控制系统PID 调节器的参数p K 、I T 、DT 对控制性能各有什么影响 1比例增益p K 反映比例作用的强弱;p K 越大;比例作用越强;反之亦然..比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短;但在过渡过程终了时存在余差2积分时间I T 反映积分作用的强弱;IT 越小;积分作用越强;反之亦然..积分作用会使系统稳定性降低;但在过渡过程结束时无余差；3微分时间DT 反映积分作用的强弱;DT 越大;积分作用越强;反之亦然..微分作用能产生超前的控制作用;可以减少超调;减少调节时间；但对噪声干扰有放大作用..检测仪表的基本技术指标a 绝对误差:检测仪表的指示值X 与被测量真值X t 之间存在的差值称为绝对误差Δ..表示为： Δ= X －X tb又称引用误差或相对百分误差..c 精确度精度为了便于量值传递;国家规定了仪表的精确度精度等级系列.. 如0.5级;1.0级;1.5级等..仪表精度的确定方法：将仪表的基本误差去掉“±”号及“％”号;套入规定的仪表精度等级系列..d 灵敏度和分辨率：灵敏度表示指针式测量仪表对被测参数变化的敏感程度;常以仪表输出如指示装置的直线位移或角位移与引起此位移的被测参数变化量之比表示：S=ΔY/ΔX S －仪表灵敏度；ΔY －仪表指针位移的距离或转角；ΔX －引起ΔY 的被测参数变化量..分辨率表示仪表显示值的精细程度..分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值..e 变差：在外界条件不变的情况下;同一仪表对被测量进行往返测量时正行程和反行程;产生的最大差值与测量范围之比称为变差..造成变差的原因:传动机构间存在的间隙和摩擦力; 弹性元件的弹性滞后等..正反行程测量：将规定的输入信号平稳地按增大或减小方向输入执行机构气室或定位器;测量各点所对应的行程值;计算出实际"信号－行程"关系同理论关系之间关系f 响应时间：当用仪表对被测量进行测量时;被测量突然变化以后;仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来..这段时间称为响应时间..气开、气关式选择依据：按控制信号中断时;保证生产设备安全的原则确定..调节阀正反作用的选择是在调节阀气开气关确定后;其确定原则是：使整个回路构成负反馈系统..简述“积分饱和现象”产生的内因和外因..什么是积分饱和现象 积分饱和现象如何消除： 内因：控制器包含积分控制作用;外因：控制器长期存在偏差..在偏差长期存在的条件下;控制器输出会不断增加或减小;直到极限值引起积分饱和..积分饱和：具有积分作用的控制器在单方向偏差信号的长时间作用下;其输出达到输出范围上限值或下限值以后;积分作用将继续进行;从而使控制器脱离正常工作状态..消除： 1采用积分分离的方法;将PID 调解分开执行 2对积分调节器设置输出高低限幅;达到限幅时暂时切除积分作用使其跟踪;待偏差减小后再投入温度传感器①双金属片：用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制成双金属片..受热后由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲..若将双金属片制成螺旋形;当温度变化时;螺旋的自由端便围绕着中心轴偏转;带动指针在刻度盘上指示出相应温度值..②压力式：利用封闭容器中的介质压力随温度变化的现象来测温..原理: 封闭容器中的液体气体或低沸点液体的饱和蒸汽;受热后体积膨胀;压力增大..③热电偶：根据热电效应;将两种不同的导体接触并构成回路;若两个接点温度不同;回路中产生热电势..通过测量热电偶输出的热电势测量温度利..④热电阻：利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温..定值、随动、前馈、程序控制系统特点、概念⑴定值：在定值控制系统中设定值是恒定不变的;引起系统被控参数变化的就是扰动信号.. ⑵随动：设定值随时可能变化..变差=量程正反行程最大差值×100%⑶前馈控制的原理：当系统出现扰动时;立即将其测量出来;通过前馈控制器;根据扰动量的大小改变控制变量;以抵消扰动对被控参数的影响..前馈控制的特点：①前馈控制器是按是按照干扰的大小进行控制的; 称为“扰动补偿”..如果补偿精确;被调变量不会变化;能实现“不变性”控制..②前馈控制是开环控制;控制作用几乎与干扰同步产生;是事先调节;速度快..③前馈控制器的控制规律不是PID 控制;是由对象特性决定的..④前馈控制只对特定的干扰有控制作用;对其它干扰无效..⑷程序：设定值按预定的时间程序变化..过渡过程的品质指标衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ；4-10过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统;是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y ∞之比的百分数σ；残余偏差C ： 过渡过程结束后;被控参数所达到的新稳态值y ∞与设定值之间的偏差C 称为残余偏差;简称残差；调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰或波谷之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期;其倒数称为振荡频率；峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间..现场总线：连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、具有多节点分支结构的通信线路..现场总线;是指将现场设备如数字传感器、变送器执行器等与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络..具有全数字化、分散、双向传输等特点;是工业控制网络向现场级发展的产物..调节阀的流量特性：调节阀的流量特性指介质流过阀门的相对流量与相对开度之间的关系： 为相对流量;即调节阀某一开度的流量与全开流量之比； 为相对开度;即调节阀某一开度的行程与全行程之比..若阀门前后压差保持不变/总是变化理想/工作特性..直线/等百分比对数/快开流量特性过程控制系统各个部分组成作用控制器或调节器的作用是把被控变量的测量值和给定值进行比较;得出偏差后;按一定的调节规律进行运算;输出控制信号;以推动执行器动作;对生产过程进行自动调节..执行器是自动控制系统中的重要组成部分;作用是将控制器送来的控制信号转换成执行动作;从而操纵进入设备的能量;将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内..检测变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源的转换器..单回路控制系统参数整定步骤方法：Ⅰ、稳定边界法临界比例度法：属于闭环整定方法;根据纯比例控制系统临界振荡试验所得数据临界比例度Pm 和振荡周期Tm;按经验公式求出调节器的整定参数..置调节器Ti →∞; Td=0;比例度P →较大值;将系统投入运行..逐渐减小P ;加干扰观察;直到出现等幅减振荡为止..记录此时的临界值Pm 和Tm.. 根据Pm 和Tm;按经验公式计算出控制器的参数整定值..1.在闭环控制系统里;将控制器置于纯比例作用下i T = ∞;T =0;从小到大逐渐增大控制器的比例增益KC;直到出现等幅振荡曲线为止..2.此时的比例度称为临界比例度cr δ;相邻两个波峰间的时间间隔;称为临界振荡周期T .. 据此确定控制器参数..3.根据cr δ和crT 值;采用经验公式;计算出调节器各个参数..Ⅱ、衰减曲线法 也属于闭环整定方法;但不需要寻找等幅振荡状态;只需寻找最佳衰减振荡状态即可..1把调节器设成比例作用Ti=∞;Td=0置于较大比例度;投入自动运行..2在稳定状态下;阶跃改变给定值通常以5%为宜;观察调节过程曲线..3适当改变比例度;重复上述实验;到出现满意的衰减曲线为止..记下此时的比例度Ps及周期Ts..n=10:1时;记P’s及TsⅣ响应曲线法属于开环整定方法..以被控对象控制通道的阶跃响应为依据;通过经验公式求取调节器的最佳参数整定值..方法：不加控制作用;作控制通道特性曲线..根据实验所得响应曲线;找出广义对象的特性参数K0、T0、τ0;Ⅴ经验法凭经验凑试.. 其关键是“看曲线;调参数”..在闭环的控制系统中;凭经验先将控制器参数放在一个数值上;通过改变给定值施加干扰;在记录仪上观察过渡过程曲线;根据P、 TI 、TD对过渡过程的影响为指导;对比例度P 、积分时间TI和微分时间TD逐个整定;直到获得满意的曲线为止..经验法的方法简单;但必须清楚控制器参数变化对过渡过程曲线的影响关系..在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时;往往较为费时..串级控制系统：系统有两个闭合回路;形成内外环..主变量是工艺要求控制的变量;副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量..主定值、副随动控制系统调节器是串联工作的;主调节器的输出作为副调节器的给定值..系统通过副调节器输出控制执行器动作;实现对主参数的定值控制.串级控制系统;就是采用两个控制器串联工作;主控制器的输出作为副控制器的设定值;由副控制器的输出去操纵调节阀;从而对主被控变量具有更好的控制效果..建立串级控制数学模型;1．主回路设计:主回路设计与单回路控制系统一样2．副回路的选择:副回路设计中;最重要的是选择副回路的被控参数串级系统的副参数..副参数的选择一般应遵循下面几个原则：①主、副变量有对应关系②副参数的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰;并尽可能多包含一些干扰③副参数的选择应考虑主、副回路中控制过程的时间常数的匹配;以防“共振”的发生④应注意工艺上的合理性和经济性3．主、副调节器调节规律的选择:在串级系统中;主参数是系统控制任务;副参数辅助变量..这是选择调节规律的基本出发点..主参数是生产工艺的主要控制指标;工艺上要求比较严格..所以;主调节器通常选用PI调节;或PID调节..控制副参数是为了提高主参数的控制质量;对副参数的要求一般不严格;允许有静差..因此;副调节器一般选P调节就可以了.. 4．主、副调节器正、反作用方式的确定:对串级控制系统来说;主、副调节器正、反作用方式的选择原则依然是使系统构成负反馈..选择时的顺序是：1、根据工艺安全或节能要求确定调节阀的正、反作用；2、按照副回路构成负反馈的原则确定副调节器的正、反作用；3、依据主回路构成负反馈的原则;确定主调节器的正、反作用..过程控制：指根据工业生产过程的特点;采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具;应用控制理论..设计工业生产过程控制系统;实现工业生产过程自动化..压力容器1应选择气关式..因为在气源压力中断时;调节阀可以自动打开;以使容器内压力不至于过高而出事故..2 调节阀应选择气关式;则压力控制器PC应为反作用..当检测到压力增加时;控制器应减小输出;则调节阀开大;使容器内压力稳定..或：当检测到压力减小时;控制器应增大输出;则调节阀开小;使容器内压力稳定..如图所示的锅炉汽包液位控制系统;为保证锅炉不被烧干：1应选择气关式..因为在气源压力中断时;调节阀可以自动打开;以保证锅炉不被烧干..2 调节阀应选择气关式;则液位控制器LC应为正作用..当检测到液位增加时;控制器应加大输出;则调节阀关小;使汽包液位稳定..或：当检测到液位减小时;控制器应减小输出;则调节阀开大;使汽包液位稳定..。
过程控制系统与仪表
一、简答题1、控制系统具有哪些特点？答：（1）控制对象复杂、控制要求多样；（2）控制方案丰富；（3）控制多属慢过程参数控制；（4）定值控制是过程控制的一种主要控制形式；（5）过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成。
2、为什么常采用阶跃信号作为输入？答：对于一个稳定的控制系统（所有正常工作的反馈控制系统都是稳定系统），要求分析其稳定性、准确性和快速性，就需要对系统的过渡过程进行分析研究。
为了简化分析，在保证系统安全的条件下，只对一些典型的扰动形式引起的过渡过程进行分析，其中最常用的是阶跃输入。
阶跃输入形式简单、容易产生，便于分析、计算和进行试验。
3、什么是零点迁移？什么情况下零点迁移？答：（1）抵消固定压差实现零点对齐的措施称为“零点迁移”。
（2）零点迁移其实质是改变测量仪表的零点，同事改变了测量范围的上、下限。
如果固定压差为负则需负迁移，如果固定压差为正则需正迁移。
4、控制仪表的发展有哪些阶段？答：第一阶段为基地式控制仪表；第二阶段为单元组合式控制仪表；第三阶段为以微处理器为中心的控制仪表。
5、基本控制规律是什么？有哪些基本控制？各自有什么特点？为什么积分控制、微分控制不能单独使用？答：（1）基本控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。
（2）比例控制（P）、比例积分控制（PI）、比例微分控制。
（3）①控制器的比例度P越小，它的放大倍数Kp越大，它将偏差放大的能力越强、控制力也越强，反之亦然；存在余差是比例控制的缺点。
②积分时间T I越小，积分作用越强，反之积分之间T I越弱；积分控制器组成控制系统可以达到无余差。
③T D为微分时间常数，T D越大，微分作用越强，T D等于零时，微分作用消失；微分的特点是能起到超前控制的作用。
（4）①积分作用输出信号的变化速度与偏差e及1/T I成正比，但其控制作用是随着时间累计才逐渐增强的，控制动作缓慢，控制不及时，因此积分作用一般不单独使用，常常把比例与积分组合使用。
过程控制仪表
第四章过程控制仪表本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-川型调节器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：一般结构比较简单、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。
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。
过程控制与自动化仪表(第3版) 第3章 思考题与习题
3） S 1 ~ S 2 为自动、软手动、硬手动联动切换开关。 （4）图 3‐1 所示输入电路的输入/输出关系为Vo 1 2(Vs Vi )，试问：推导这一关系 的假设条件有哪些？当输入导线电阻不可忽略时，还有上述关系吗？请证明你的结论。
图 3-1 输入电路图
答： 假设运算放大器是理想的即输入阻抗无穷大，T 点和 F 点同电位， VT V F 。 当输入导线电阻不可忽略时： 1 VF V01 VB Vi -VF 0 VF 2 （3-2） Rr Rr Rr 0-VT VS VT VT VB （3‐3） Rr Rr Rr
图 3-2 加法运算的实现过程
加法运算程序为 LD X 1 ；读取 X 1 数据 LD X 2 ；读取 X 2 数据 + ；对 X 1 、 X 2 求和 ST Y1 ；将结果存入 Y1 ； END ；运算结束 （9）执行器由哪几部分组成？它在过程控制中起什么作用？常用的电动执行器与气 动执行器有何特点？
q V A 0
2g (p1 p 2 ) r
（3-4）
式中， 为流量系数，它取决于调节阀的结构形状和流体流动状况，可从有关手册查 A 阅或由实验确定； 0 为调节阀接管截面积； g 为重力加速度； r 为流体重度。 （15）什么是调节阀的流量特性？调节阀的理想流量特性有哪几种？它们各是怎样 定义的？调节阀的工作流量特性与阻力系数有关， 而阻力系数又是怎样定义的？它的大小 对流量特性有何影响？ 答： 1）理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特 性，也叫理想流量特性。 2）常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比（对数）流量特性、快开特性。 3）直线流量特性是指流过调节阀的相对流量与阀门的相对开度成直线关系。等百分 比流量特性是指单位行程变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量成正比关系。 快开
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减小Tm的措施：
检测点位置的合理选择； 选用小惯性检测元件； 缩短气动管线长度，减小管径； 正确使用微分单元； 选用继动器或放大器等。
过程控制
准确：检测元件和变送器能正确反映被控或被测变量，误差小；
迅速：及时反映被控或被测变量的变化；
可靠：能在环境工况下长期稳定运行。
3、选用时的基本考虑
首先考虑元件能否适应工业生产过程中的高低温、高压、腐蚀 性、粉尘和爆炸性环境，能否长期稳定运行；
仪表精度和量程的选择 选用仪表的精度要合适：应符合工业检测要求 仪表测量误差：仪表本身误差、环境工况引入的误差、动态误差 量程选择：量程的改变会引起最大读数误差变化和增益变化。
单
流量变送器
元
组
液位变送器
应的标准统一信号传送到 接收仪表或装置，以供显 示、记录或控制
合
仪 表
直流毫伏转换器
转换单元
频率转换器 电－气转换器
气－电转换器
将电压、频率等电信 号转换成标准统一信 号，或者进行标准统 一信号之间的转换， 以使不同信号在同一 控制系统中使用
过程控制
过程控制
输出统一标准信号，作为被控变量的给定值
过程控制
第三章 过程控制仪表
3.1 总体概述
过程控制
一、过程控制仪表的分类及特点
1、按能源形式分类
可分为电动、气动、液动和机械式等几种。工业上普遍使用 电动控制仪表和气动控制仪表。
电动仪表
气动仪表
能源
电源(220VAC，24VDC) 气源（140kPa）
传输信号 电信号(电流、电压或数字) 气压信号
考虑仪表和变送器的线性特性
4、动态特性
Gm(s)Tm Ksm 1ems
过程控制
对Km的考虑：
➢ Km小，增大控制器的增益，有利于克服扰动对影响；
➢ Km的线性度与整个闭环控制系统输入输出的线性度有关； ➢ 选择合适的测量范围可改变检测变送环节Km
对Tm的考虑： ➢ 作为广义对象的组成，应考虑与Tp和Tv的匹配，及增大最 大时间常数与次大时间常数之间的比值；
构成
电子元器件
气动元件
接线
导线、印刷电路板
导管、管路板
2、按信号类型分类
过程控制
模拟式
由模拟元件构成
传输信号通常为连续变化的模拟量，如电流信 号，电压信号，气压信号等
线路较简单，操作方便，使用灵活，价格较低
数字式
以微处理器、单片机等大规模集成电路芯片为核心
传输信号通常为断续变化的数字量，如脉冲信号
▪ 实现操作站与控制站的连接
过程通信网络
▪ 提供与企业管理网络的连接
过程控制
现场总线控制系统（FCS系统） 现场控制和双向数字通信 将传统上集中于控制室为双向数字通信。
二、信号制
过程控制
信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和 数值。
▪ 由DCS系统的基本控制器（包括控
控制站（下位机）
制卡、信号输入输出卡、电源等）构 成
▪ 或由可编程序控制器PLC（包括
CPU、I/O、电源等模块）或带有微处 理器的数字式控制仪表构成
▪ 过程信息的集中显示、操作和管理
操作站（上位机） ▪ 由工业控制计算机、监视器、打印
机、鼠标、键盘、通信网卡等组成
将各种单元进行不同组合，可以构成多种多样、适用于各种不 同场合需要的自动检测或控制系统。
有电动单元组合仪表（DDZ）和气动单元组合仪表（QDZ）两 大类。都经历了I型、II型(010mA) 、III型(420mA, 15v)的 三个发展阶段。
温度变送器
过程控制
压力变送器 将各种被测参数变换成相
变送单元 差压变送器
➢ 相对于Tp ，Tm是较小的。但有例外：
• 成分检测变送环节的时间常数和时滞会很大；
过程控制
• 气动仪表的时间常数较电动仪表要大；
• 采用保护套温度计检测温度要比直接与被测介质接触检测温
度有更大的时间常数。
➢ 应考虑时间常数随过程运行而变化的影响： • 保护套结垢，造成时间常数增大； • 保护套磨损，造成时间常数减小。
可以进行各种数字运算和逻辑判断，其功能完善， 性能优越，能解决模拟式仪表难以解决的问题
3、按结构形式分类
➢ 单元组合式仪表 ➢ 基地式仪表 ➢ 集散型计算机控制系统 ➢ 现场总线控制系统
过程控制
过程控制
单元组合式仪表：
根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求，将仪表做 成能实现一定功能的独立仪表（称为单元），各个仪表之间 用统一的标准信号进行联系。
气动仪表的信号标准：20kPa 100kPa 电动仪表的信号标准 ：420maADC DDZII型电动仪表的信号标准 ： 010maADC
3.2 检测变送环节
一、检测变送环节的性能
过程控制
1、检测元件和变送器的作用
将工业生产过程的参数(流量、压力、温度、物位、成分等)经检 测、变送单元转换为标准的电或气信号。
变送器输出的是被控变量的测量值，它被送到显示和控制装置， 用于显示和控制。
过程变量
位移、压力
检测元件
差压、电量等
标准信号 变送器
检测变送环节工作原理
模拟仪表：标准信号通常采用420mA、010mA、15v电流或 电压信号，20100kPa 气压信号；
现场总线仪表：标准信号是数字信号
2、对检测变送单元的基本要求
给定单元 送到控制单元，实现定值控制。
给定单元的输出也可以供给其他仪表作为参
单
考基准值。
元
角行程电动执行器
组 合
执行单元 直线行程电动执行器
仪
气动薄膜调节阀
按控制器输出的 控制信号和手动 操作信号，改变 控制变量
表 操作器：手动操作及手动/自动的切换作用
阻尼器：压力或流量等信号的平滑、阻尼 辅助单元
通常以指示、记录仪表为主体，附加控制、测量、给定等部件 而构成；
其控制信号输出一般为开关量，也可以是标准统一信号； 一个基地式仪表具有多种功能，与执行器联用或与变速器联用， 便可构成一个简单的控制系统； 性能价格比高，适用于单参数的控制系统。
过程控制
集散控制系统（DCS系统）：分散控制、集中管理
▪ 数据采集、处理及控制
限幅器：限制信号的上、下限值
安全栅：将危险场所与非危险场所隔开，起 安全防爆作用
工艺介质 阀门
被控对象
过程控制
被调变量
执行单元 自动 手动
操作单元
检测元件
变送单元 测量值 调节单元
给定值
给定单元
显示单元
用电动单元组合仪表组成的控制系统
过程控制
基地式控制仪表 相当于把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构成一个仪表。